Made available in DSpace on 2016-08-29T15:37:00Z (GMT). No. of bitstreams: 1 tese_5809_.pdf: 2648247 bytes, checksum: 3b6c82a83ad98ed6aa531f037f6ecec4 (MD5) Previous issue date: 2012-08-24 / O aumento da atividade econômica e do número de habitantes no mundo, juntamente com o uso não sustentável dos recursos hídricos, os despejos de efluentes sem tratamento no ambiente e o manejo inadequado das bacias hidrográficas, têm contribuído para diminuição da disponibilidade de água no planeta. Apesar de ser um recurso natural renovável, a água que retorna da atmosfera não ocorre de maneira uniformemente distribuída, nem no espaço geográfico, nem no tempo, tornando a sua boa gestão essencial para diminuição das consequências desastrosas dos eventos extremos de cheia e de escassez. Mas, uma gestão exitosa requer, além de profissionais qualificados, o uso de ferramentas para suporte à tomada de decisão. Neste contexto, a utilização de modelos hidrológicos pode auxiliar no planejamento e avaliação de práticas conservacionistas de solo e água e de manejo de bacias hidrográficas. Do exposto, o presente estudo teve o objetivo de avaliar a aplicabilidade do SWAT para a estimação de vazões em bacias hidrográficas no sul do Estado do Espírito Santo. Foram estudadas: a microbacia do córrego Jaqueira (MBJ), com aproximadamente 22,6 ha, e a sub-bacia do rio Itapemirim, à montante da estação fluviométrica de Rive (BIMR), com aproximadamente 2.237 km². Devido ao alto número de falhas e ao curto período de monitoramento hidrológico, não foi possível calibrar e verificar a aplicabilidade do modelo para a MBJ. Para a BIMR, na análise das vazões médias, estimou-se 45,5 m³ s-1 antes da calibração, e 32,6 m³ s-1 após a calibração, muito próxima da vazão média monitorada de 36,9 m³ s-1. Para o período de validação, a vazão média monitorada foi 22% maior (45,0 m³ s-1), enquanto a estimada foi de 33,9 m³ s-1, permanecendo próxima da vazão média estimada calibrada. Em análise gráfica, observou-se que, antes da calibração, as vazões mínimas estimadas ficaram abaixo das observadas, porém as vazões de pico eram superestimadas. Após a calibração, as vazões mínimas tiveram melhores correlações, enquanto as vazões de pico foram subestimadas. Na análise dos índices estatísticos, o R² passou de 0,74 para 0,76 após a calibração, mas foi reduzido para 0,63 no período de validação. Para o coeficiente de Nash Sufcliffe, houve uma melhora significativa do valor após a calibração, passando de -0,38 para 0,75, permanecendo com um valor aceitável de 0,57 no período de validação. O SWAT foi capaz de simular vazões em bacias hidrográficas do Sul do Espírito Santo, desde que não houvesse muitas falhas nos dados monitorados, sendo capaz inclusive de simular dados de outros períodos para os quais os parâmetros não foram ajustados.

Los recursos hídricos forman una parte importante en el desarrollo económico del país, más aun en regiones en las cuales se tiene un amplio desarrollo del área agrícola como el caso de la IV región. El objetivo principal de este trabajo es simular mediante el modelo WEAP los caudales futuros en los períodos 2036 – 2065 y 2071 - 2100 en las cuencas nivales de la IV Región Elqui en Algarrobal y Hurtado en San Agustín. Se construyeron los modelos de ambas cuencas, los cuales fueron calibrados y validados obteniendo coeficientes de Nash - Sutcliffe del orden de 0,7, a los cuales posteriormente se les aplicaron condiciones futuras de temperatura y precipitación. Para simular las condiciones meteorológicas futuras se han desarrollado posibles escenarios de emisión de gases de efecto invernadero y aerosoles, basándose en distintas directrices de desarrollo de la población mundial. En el presente estudio se utilizaron los resultados del modelo PRECIS para el escenario A2 generados por el departamento de geofísica de la Universidad de Chile. Las variables generadas por el modelo PRECIS en la zona de estudio, sobrestiman las precipitaciones y entregan datos de temperatura más bajos que los registrados en las estaciones para el período de observación, por lo que fue necesario realizar correcciones de estos datos mediante métodos estadísticos. Las correcciones a los datos meteorológicos del modelo PRECIS muestran una disminución en las precipitaciones medias anuales. En la cuenca Elqui en Algarrobal de 140 mm/año entre los años 1979-2005 a 130 mm/año entre los años 2071-2100, y en la cuenca Hurtado en San Agustín de 175 mm/año entre los años 1977-2005 a 125 mm/año entre los años 2071-2100 y un aumento de 6ºC en la temperatura media anual para el periodo 2071-2100, lo que se traduce en una disminución de los caudales futuros en ambos periodos analizados (aproximadamente 30% menos en el periodo 2071-2100), y lo que es aun más grave, es el aumento del estrés hídrico y periodos más prolongados de sequías, debido principalmente a un cambio de régimen hidrológico en ambas cuencas, originado por un adelantamiento en el derretimiento de nieve.

Dada la continua necesidad de establecer técnicas que permitan asesorar un desarrollo sustentable de la gestión de recursos hídricos, la modelación hidrológica como alternativa descriptiva de las leyes y principios que gobiernan los fenómenos naturales se hace indispensable en los tiempos actuales. El estudio y cuantificación de la incertidumbre asociada a las simulaciones que los modelos hacen de la realidad, resultan indispensables para establecer los verdaderos alcances de un modelo hidrológico en particular. En este trabajo, se aborda el estudio de la incertidumbre asociada a los parámetros operacionales del modelo GR4J, al aplicar éste para cuencas no controladas en Chile. Se trabaja con 8 cuencas pluviales de la zona centro sur de Chile, sobre las cuales se realiza la calibración y validación del modelo, lo que provee de una base da datos con los parámetros que permiten el funcionamiento correcto del modelo GR4J en dichas cuencas. Posteriormente, a partir de parámetros geomorfológicos de estas cuencas, se procede a presentar índices geomorfológicos que permiten una estimación de los parámetros del modelo considerando sólo las características geomorfológicas de la cuenca, para de esta manera lograr una estimación de los parámetros de análisis sin necesidad de utilizar información fluviométrica observada. Para el análisis de incertidumbre en las cuencas no controladas, se utilizan las cuencas Cauquenes en el Arrayán y Lebu en Las Corrientes, que si bien es cierto son cuencas controladas, se utilizan los índices geomorfológicos generados para estimar los parámetros operacionales del modelo GR4J, y de esta manera realizar el análisis comparativo de la sensibilidad de los parámetros del modelo con respecto al caudal observado para las cuencas escogidas. Los caudales generados a partir de los índices geomorfológicos generan aproximaciones aceptables de la realidad, presentando una banda de incertidumbre general que abarca tanto los mayores caudales medios mensuales observados como los menores, estando gran porcentaje de esta incertidumbre asociada a la sensibilidad del parámetro que operacional que describe las transferencias hídricas subterráneas con la superficie. De lo anterior resulta la obtención de porcentajes de las bandas de incertidumbre, con respecto a los caudales generados a partir del valor esperado entregado por los índices geomorfológicos que no superan el 2% en relación al tiempo base del hidrograma unitario UH1, y de un 36% en relación a la capacidad máxima para el tránsito en canales.

FONTENELE, Sávio de Brito. Trocas hídricas entre rio e aquífero em duas litologias distintas do semiárido brasileiro. 2015. 159 f. Tese (doutorado em engenharia agrícola)- Universidade Federal do Ceará, Fortaleza-CE, 2015. / Submitted by Elineudson Ribeiro (elineudsonr@gmail.com) on 2016-03-22T20:42:29Z No. of bitstreams: 1 2016_tese_sbfontenele.pdf: 7131994 bytes, checksum: 7eb4f8d19a29992c9373c00fc1f1989c (MD5) / Approved for entry into archive by José Jairo Viana de Sousa (jairo@ufc.br) on 2016-05-18T19:42:42Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2016_tese_sbfontenele.pdf: 7131994 bytes, checksum: 7eb4f8d19a29992c9373c00fc1f1989c (MD5) / Made available in DSpace on 2016-05-18T19:42:42Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2016_tese_sbfontenele.pdf: 7131994 bytes, checksum: 7eb4f8d19a29992c9373c00fc1f1989c (MD5) Previous issue date: 2015 / The interaction between surface water and groundwater is a dynamic process in time and space influenced by factors such as soil moisture, hydrodynamic properties, geomorphology, storage and runoff. The quantification and modeling of the processes related to this dynamic constitute prerequisites for the effective water resources management, given that this interaction affects water availability, especially in semi-arid regions. Before this problem, this study aimed to simulate hydrological processes flow transmission between river and groundwater in basins characterized by distinct lithologies, inserted in the Brazilian semiarid region by generating a semi distributed and flexible hydrological model. Two distinct basins of Ceará semiarid region were monitored and used for application of the model developed. A watershed located in sedimentary structure with large underground water reserves (São Jose watershed in the sedimentary basin of Araripe - South of Ceará) and the other one inserted into the crystalline environment and characterized by water scarcity (Patos-Cariús-Iguatu subbasin - Jaguaribe river stretch in the Central-South region of Ceará). The monitoring of these areas between 2010 and 2014 enabled the generation of data and the choice of 10 events from each watershed monitored to evaluate the dynamic river-aquifer. In the evaluation of the data obtained by the monitoring observed aquifer recharges when large volumes precipitates occur in short periods of time. The high temporal spacing difficult the generation of large flows and the rising water levels of the alluvial aquifer. The proposed model was developed considering the three main processes of river-aquifer interaction: full wave propagation, vertical infiltration and groundwater flow. The simulations of the events showed that conductance of the riverbed and effective porosity are the most sensitive parameters of the model. Variations of these parameters allowed the reduction of flood peaks and consequently increases in the aquifer hydraulic loads. However, the simulations showed an underestimation of the hydraulic loads of the aquifer. For the surface discharges were obtained low efficiency ratios (-16.73 to -3.43) for short-term events and small magnitude. Already for long term events and high magnitude, the Nash and Sutcliffe efficiency coefficient performed between 0 and 1 (0.35 to 0.49), indicating a good behavior of the models used. However, for these events the average absolute error between the measured and the simulated loads remained high. The model needs to be adjusted to better define the dynamics of the river-aquifer interaction. A greater number of simulations in both watersheds, with the available events could indicate better where adjustments must be made. The possibility of application of MIRAS model in different lithological means and different spatial scales of semi-arid regions was not possible due to the inability to simulate the model for MHSJ. Thus, one must understands the failure to formulate an alternative and possibly improve the model. Because the use of this tool is the best option for resolving problems and decision making. / A interação entre água superficial e subterrânea é um processo dinâmico no tempo e no espaço influenciado por fatores como umidade do solo, propriedades hidrodinâmicas, geomorfologia, armazenamento e escoamento superficial. A quantificação e a modelagem dos processos relacionados a essa dinâmica constituem-se pré-requisitos para a gestão eficiente de bacias hidrográficas, haja vista que essa interação afeta a disponibilidade hídrica, principalmente em regiões semiáridas. Diante dessa problemática, este estudo objetivou simular processos hidrológicos de transmissão de fluxo entre rio e aquífero em bacias hidrográficas caracterizadas por litologias distintas, inseridas na região semiárida brasileira, através da geração de um modelo hidrológico semidistribuído e flexível. Duas bacias hidrográficas distintas da região semiárida cearense foram monitoradas e utilizadas para aplicação do modelo desenvolvido. Uma microbacia localizada em meio sedimentar com grandes reservas hídricas subterrâneas (microbacia hidrográfica do São José na bacia sedimentar do Araripe – Sul do Ceará) e a outra inserida no meio cristalino e caracterizada por escassez hídrica (bacia hidrográfica Patos-Cariús-Iguatu – trecho do rio Jaguaribe na região Centro-Sul do Ceará). O monitoramento dessas áreas entre 2010 e 2014 possibilitou a geração de dados e a escolha de 10 eventos de cada bacia monitorada para avaliação da dinâmica rio-aquífero. Na avaliação dos dados obtidos pelo monitoramento observou-se recargas aquíferas quando grandes volumes precipitados ocorrem em curtos espaços de tempo. O elevado espaçamento temporal dificultaram a geração de grandes vazões e a elevação dos níveis freáticos do aquífero aluvionar. O modelo proposto foi elaborado considerando os três principais processos da interação rio-aquífero: propagação de onda de cheia, infiltração vertical e fluxo subterrâneo. As simulações dos eventos mostraram que condutância do leito do rio e porosidade efetiva são os parâmetros mais sensíveis do modelo. Variações desses parâmetros possibilitaram a redução dos picos de cheia e consequentemente acréscimos nas cargas hidráulicas aquíferas. No entanto, as simulações realizadas apresentaram subestimativas das cargas hidráulicas do aquífero. Para as descargas superficiais obteve-se baixos coeficientes de eficiência (-16,73 a -3,43) para eventos de curta duração e pequena magnitude. Já para eventos de longa duração e elevada magnitude, o coeficiente de eficiência de Nash e Sutcliffe apresentou-se entre 0 e 1 (0,35 a 0,49), indicando um bom comportamento dos modelos utilizados. No entanto, para esses eventos o erro médio absoluto entre as cargas medidas e as simuladas continuaram elevados. O modelo precisa de ajustes para definir melhor a dinâmica da interação rio-aquífero. Um número maior de simulações nas duas bacias hidrográficas, com os eventos disponíveis poderia indicar melhor onde devem ser feitos os ajustes. A possibilidade de aplicação do modelo MIRAS em diferentes meios litológicos e escalas espaciais distintas de regiões semiáridas não fora possível devido à impossibilidade de simular o modelo para a MHSJ. Dessa forma, precisa-se entender as falhas para formular uma alternativa e, possivelmente, melhorar o modelo. Pois, o uso dessa ferramenta é a melhor opção para a resolução de problemas e tomada de decisão.

A escassez de dados hidrológicos no Brasil é um problema recorrente em muitas regiões, principalmente em se tratando de dados hidrométricos, produção de sedimentos e qualidade da água. A pesquisa por modelos de bacias hidrográficas tem aumentado nas últimas décadas, porém, a estimativa de dados hidrossedimentológicos a partir de modelos mais sofisticados demanda de grande número de variáveis, que devem ser ajustadas para cada sistema natural, o que dificulta a sua aplicação. O objetivo principal desta tese foi avaliar diferentes ferramentas de modelagem utilizadas para a estimativa da vazão, produção de sedimentos e qualidade da água e, em particular, comparar os resultados obtidos de um modelo hidrológico físico semi-distribuído, o Soil Water Assessment Tool (SWAT) com os resultados obtidos a partir de modelos hidrológicos concentrados, com base na metodologia do número da curva de escoamento do Soil Conservation Service (SCS-CN) e no modelo Generalized Watershed Loading Function (GWLF). Buscou-se avaliar e apresentar em quais condições o uso de cada modelo deve ser recomendado, ou seja, quando o esforço necessário para executar o modelo semi-distribuído leva a melhores resultados efetivos. Em relação à simulação da vazão, os resultados dos dois modelos foram altamente influenciados pelos dados de precipitação, indicando que existem, possivelmente, falhas ou erros de medição que poderiam ter influenciado negativamente os resultados. Portanto, foi proposto aplicar o modelo semi-distribuído com dados de precipitação interpolados (DPI) de alta resolução para verificar a eficiência de seus resultados em comparação com os resultados obtidos com a utilização dos dados de precipitação observados (DPO). Para simulação da produção de sedimentos, e das concentrações de nitrogênio e fósforo, o SWAT realiza uma simulação hidrológica mais detalhada, portanto, fornece resultados ligeiramente melhores para parâmetros de qualidade da água. O uso do modelo semi-distribuído também foi ampliado para simular uma bacia hidrográfica sob a influência do reservatório, a fim de verificar a potencialidade do modelo para esse propósito. Os modelos também foram aplicados para identificar quais os impactos potenciais das mudanças no uso do solo previstas e em andamento. Os cenários estudados foram: I – cenário atual, II – cenário tendencial, com o aumento da mancha urbana e substituição do solo exposto e de parte da mata nativa por uso agrícola; III – cenário desejável, complementa o crescimento urbano tendencial com aumento de áreas de reflorestamento. As metodologias foram aplicadas em duas bacias hidrográficas localizadas no Sudeste do Brasil. A primeira é a bacia do rio Jacaré-Guaçu, incluída na Unidade de Gerenciamento de Recursos Hídricos 13 (UGRHI-13), a montante da confluência do rio das Cruzes, com uma área de 1934 km2. O segundo caso de estudo, é a bacia do rio Atibaia, inserida na UGRHI-5, tem uma área de 2817,88 km2 e abrange municípios dos estados de São Paulo e Minas Gerais. Como principal conclusão, o desempenho do modelo semi-distribuído para estimar a produção de sedimentos, e as concentrações de nitrogênio e fósforo foi ligeiramente melhor do que as simulações do modelo concentrado SCS-CN e GWLF, mas essa vantagem pode não compensar o esforço adicional de calibrá-lo e validá-lo. / The lack of hydrological data in Brazil is a recurrent problem in many regions, especially in hydrometric data, sediment yield and water quality. The research by simplified models has increased in the last decades, however, the estimation of hydrossedimentological data from these more sophisticated models demands many variables, which must be adjusted for each natural system, which makes it difficult to apply. At times it is necessary to respond quickly without much precision in the results, in these situations, simpler models with few parameters can be the solution. The objective of this research is to evaluate different modelling tools used estimate streamflow, sediments yield and nutrients loads values, and namely to compare the results obtained from a physically-based distributed hydrological model (SWAT) with the results from a lumped hydrological, the Soil Conservation Service (SCS-CN) and the Generalized Watershed Loading Function (GWLF) model. Both models use the curve number (CN) concept, determined from land use, soil hydrologic group and antecedent soil moisture conditions and were run with a daily time step. We are particularly interested in understanding under which conditions the use of each model is to be recommended, namely when does the addition effort required to run the distributed model leads to effective better results. The input variables and parameters of the lumped model are assumed constant throughout the watershed, while the SWAT model performs the hydrological analysis at a small unit level, designated as hydrological response units (HRUs), and integrates the results at a sub-basin level. In relation to the flow simulation, the results of the two models were highly influenced by the rainfall data, indicating that, possibly, faults or measurement errors could have negatively influenced the results. Therefore, it was proposed to apply the distributed model with high-resolution grids of daily precipitation to verify the efficiency of its results when compared to rainfall data. For simulation of sediment, nitrogen and phosphorus, SWAT performs a more detailed simulation and thus provides slightly better results. The use of the SWAT was also extended to simulate the influence of reservoir, in order to verify the potentiality of the model, in relation to the simulation. The models also were used to identify which are potential impacts of the ongoing land use changes. The scenarios were: I - Current scenario, II - trend scenario, with the increase of urban land and replacement of the exposed soil and part of the native forest by agricultural use; III - desirable scenario complements the trend urban growth with the replacement of exposed soil and part of the agricultural use by reforestation. The methodologies were applied on two watersheds located in the Southeast of Brazil. The first one is the Jacaré-Guaçu river basin, included in the Water Resources Management Unit 13 (UGRHI-13), upstream of Cruzes river confluence, with an area of 1934 km2. The second watershed is the Atibaia River Basin, a part of Water Resources Management Unit 5 (UGRHI-5). It has an area of 2817.88 km2 and covers municipalities of the states of São Paulo and Minas Gerais.

A escassez de dados hidrológicos no Brasil é um problema recorrente em muitas regiões, principalmente em se tratando de dados hidrométricos, produção de sedimentos e qualidade da água. A pesquisa por modelos de bacias hidrográficas tem aumentado nas últimas décadas, porém, a estimativa de dados hidrossedimentológicos a partir de modelos mais sofisticados demanda de grande número de variáveis, que devem ser ajustadas para cada sistema natural, o que dificulta a sua aplicação. O objetivo principal desta tese foi avaliar diferentes ferramentas de modelagem utilizadas para a estimativa da vazão, produção de sedimentos e qualidade da água e, em particular, comparar os resultados obtidos de um modelo hidrológico físico semi-distribuído, o Soil Water Assessment Tool (SWAT) com os resultados obtidos a partir de modelos hidrológicos concentrados, com base na metodologia do número da curva de escoamento do Soil Conservation Service (SCS-CN) e no modelo Generalized Watershed Loading Function (GWLF). Buscou-se avaliar e apresentar em quais condições o uso de cada modelo deve ser recomendado, ou seja, quando o esforço necessário para executar o modelo semi-distribuído leva a melhores resultados efetivos. Em relação à simulação da vazão, os resultados dos dois modelos foram altamente influenciados pelos dados de precipitação, indicando que existem, possivelmente, falhas ou erros de medição que poderiam ter influenciado negativamente os resultados. Portanto, foi proposto aplicar o modelo semi-distribuído com dados de precipitação interpolados (DPI) de alta resolução para verificar a eficiência de seus resultados em comparação com os resultados obtidos com a utilização dos dados de precipitação observados (DPO). Para simulação da produção de sedimentos, e das concentrações de nitrogênio e fósforo, o SWAT realiza uma simulação hidrológica mais detalhada, portanto, fornece resultados ligeiramente melhores para parâmetros de qualidade da água. O uso do modelo semi-distribuído também foi ampliado para simular uma bacia hidrográfica sob a influência do reservatório, a fim de verificar a potencialidade do modelo para esse propósito. Os modelos também foram aplicados para identificar quais os impactos potenciais das mudanças no uso do solo previstas e em andamento. Os cenários estudados foram: I – cenário atual, II – cenário tendencial, com o aumento da mancha urbana e substituição do solo exposto e de parte da mata nativa por uso agrícola; III – cenário desejável, complementa o crescimento urbano tendencial com aumento de áreas de reflorestamento. As metodologias foram aplicadas em duas bacias hidrográficas localizadas no Sudeste do Brasil. A primeira é a bacia do rio Jacaré-Guaçu, incluída na Unidade de Gerenciamento de Recursos Hídricos 13 (UGRHI-13), a montante da confluência do rio das Cruzes, com uma área de 1934 km2. O segundo caso de estudo, é a bacia do rio Atibaia, inserida na UGRHI-5, tem uma área de 2817,88 km2 e abrange municípios dos estados de São Paulo e Minas Gerais. Como principal conclusão, o desempenho do modelo semi-distribuído para estimar a produção de sedimentos, e as concentrações de nitrogênio e fósforo foi ligeiramente melhor do que as simulações do modelo concentrado SCS-CN e GWLF, mas essa vantagem pode não compensar o esforço adicional de calibrá-lo e validá-lo. / The lack of hydrological data in Brazil is a recurrent problem in many regions, especially in hydrometric data, sediment yield and water quality. The research by simplified models has increased in the last decades, however, the estimation of hydrossedimentological data from these more sophisticated models demands many variables, which must be adjusted for each natural system, which makes it difficult to apply. At times it is necessary to respond quickly without much precision in the results, in these situations, simpler models with few parameters can be the solution. The objective of this research is to evaluate different modelling tools used estimate streamflow, sediments yield and nutrients loads values, and namely to compare the results obtained from a physically-based distributed hydrological model (SWAT) with the results from a lumped hydrological, the Soil Conservation Service (SCS-CN) and the Generalized Watershed Loading Function (GWLF) model. Both models use the curve number (CN) concept, determined from land use, soil hydrologic group and antecedent soil moisture conditions and were run with a daily time step. We are particularly interested in understanding under which conditions the use of each model is to be recommended, namely when does the addition effort required to run the distributed model leads to effective better results. The input variables and parameters of the lumped model are assumed constant throughout the watershed, while the SWAT model performs the hydrological analysis at a small unit level, designated as hydrological response units (HRUs), and integrates the results at a sub-basin level. In relation to the flow simulation, the results of the two models were highly influenced by the rainfall data, indicating that, possibly, faults or measurement errors could have negatively influenced the results. Therefore, it was proposed to apply the distributed model with high-resolution grids of daily precipitation to verify the efficiency of its results when compared to rainfall data. For simulation of sediment, nitrogen and phosphorus, SWAT performs a more detailed simulation and thus provides slightly better results. The use of the SWAT was also extended to simulate the influence of reservoir, in order to verify the potentiality of the model, in relation to the simulation. The models also were used to identify which are potential impacts of the ongoing land use changes. The scenarios were: I - Current scenario, II - trend scenario, with the increase of urban land and replacement of the exposed soil and part of the native forest by agricultural use; III - desirable scenario complements the trend urban growth with the replacement of exposed soil and part of the agricultural use by reforestation. The methodologies were applied on two watersheds located in the Southeast of Brazil. The first one is the Jacaré-Guaçu river basin, included in the Water Resources Management Unit 13 (UGRHI-13), upstream of Cruzes river confluence, with an area of 1934 km2. The second watershed is the Atibaia River Basin, a part of Water Resources Management Unit 5 (UGRHI-5). It has an area of 2817.88 km2 and covers municipalities of the states of São Paulo and Minas Gerais.

Este trabalho compreende a modelagem hidrológica da bacia hidrográfica do rio Muriaé (BHRM). As simulações hidrológicas foram realizadas com o modelo hidrológico TOPMODEL com medições de precipitação de estimativa de vazão da rede telemétrica da Rede Hidrometeorológica Nacional (RHN). Utilizou-se também as respectivas estimativas de precipitação por satélite com o método CMORPH, e a análise de precipitação integrada entre a precipitação medida pela telemetria e a estimada por satélite por meio da análise objetiva estatística (ANOBES). A calibração e a validação do modelo TOPMODEL foram realizadas para eventos hidrológicos entre 2016 e 2018. A calibração do modelo TOPMODEL com as séries de dados de precipitação acima foi avaliada por meio do coeficiente de Nash-Sutcliffe (NSE), que variou entre 0,7 e 0,9. A validação do modelo TOPMODEL com séries independentes resultou em NSE de -0,8 a 0,3. Este resultado em grande parte se deve ao pequeno número de eventos hidrológicos desde o início das medições telemétricas na BHRM. O TOPMODEL também foi utilizado para simular vazões em séries com período anual entre 2009 e 2013. A calibração e validação com séries anuais resultaram em NSE ~ 0,6. Notadamente, as simulações com CMORPH tendem a subestimar as vazões, enquanto que com ANOBES o desempenho foi melhor, em especial para períodos de cheia. Portanto, os resultados sugerem a aplicabilidade do modelo TOPMODEL para simulações hidrológicas da Bacia do Rio Muriaé, com os melhores resultados obtidos quando a modelagem iniciou em um período de estiagem e o dado de precipitação representou a variabilidade espacial da chuva. / This study comprises the hydrological modeling of the Muriaé river basin. Hydrologic simulations were performed with the TOPMODEL hydrological model, with precipitation measurements and discharge estimation from the Brazilian Hydrometeorology Network (RHN). It was also used satellite precipitation estimates with the CMORPH method, and the integrated precipitation analysis between the precipitation measured by the telemetry and the estimated by satellite through objective statistical analysis (SOAS). The calibration and validation of the TOPMODEL model were performed for hydrological events between 2016 and 2018. The calibration of the TOPMODEL model with the above precipitation data series was evaluated using the Nash-Sutcliffe coefficient (NSE), which ranged from 0,7 and 0,9. Validation of the TOPMODEL model with independent series resulted in NSE from -0,8 to 0,3. This result is largely due to the small number of hydrological events since the beginning of telemetry measurements at the Muriaé river basin. TOPMODEL was also used to simulate flows in series with annual period between 2009 and 2013. Calibration and validation with annual series resulted in NSE ~ 0.6. Notably, CMORPH simulations tend to underestimate flow rates, while with SOAS the performance was better, especially for flood periods. Therefore, the results suggest the applicability of the TOPMODEL model for hydrological simulations of the Muriaé river basin, with the best results obtained when the modeling started in a drought period and the rainfall data represented the spatial variability of the rainfall.

Com 6 milhões de km2, a bacia Amazônica é o maior sistema hidrográfico do mundo, com descarga estimada de 209.000 m3 s-1, e a maior extensão contínua de floresta tropical. Porém, esta região é alvo de constantes ameaças, seja das pressões por desmatamento, ou por alterações climáticas. Neste contexto, compreender o funcionamento do sistema é essencial, seja para auxiliar na tomada de decisões ou estudos de cenários futuros. Este trabalho teve como objetivo avaliar e adaptar o modelo hidrológico de grandes bacias Variable Infiltration Capacity Model (VIC v.4.0.5), para as condições tropicais. Foram utilizados dados de descarga, precipitação, temperatura e velocidade do vento, e informações sobre tipo de solo e cobertura vegetal, para simular o ciclo hidrológico em 6 grandes bacias situadas na Amazônia: Santo Antônio do Içá, Japurá, Juruá, Negro, Madeira e Purus. O modelo foi calibrado a partir das descargas mensais, de 1980 a 1990, e seu funcionamento foi verificado para o período de 1990 a 2006. Não foi possível simular o ciclo hidrológico para as bacias com grande contribuição dos Andes, Santo A. Içá e Japurá, uma vez que a estimativa de precipitação nestas regiões é subestimada. Nas outras bacias, o modelo foi capaz de simular corretamente as vazões dos rios, apesar de apresentar problemas na estimativa da evapotranspiração (ET). Foram constatados problemas na partição da ET em seus componentes, transpiração da vegetação e evaporação da água interceptada. Uma possível correção foi avaliada, resultando em uma distribuição mais correta da ET em seus componentes porém, tal modificação resultou em redução da ET média simulada. Uma nova versão do modelo (v.4.1) acaba de ser lançada. Dentre as melhorias, destacam-se modificações na maneira como a ET é calculada, que visa corrigir os problemas aqui relatados. No entanto, tal versão ainda não foi avaliada nas condições tropicais / The Amazon river basin is the largest fluvial system in the world, discharging 209,000 m3 s-1 to the ocean. It also sustains the largest continuous tropical forest system. However, the region is under constant pressure from deforestation and climate change. For such reasons, its crucial to understand how the hydrological cycle functions. Such tools can be used for evaluation of future scenarios and guide decision making. The Variable infiltration Capacity Model (VIC) was evaluated and adapted to tropical conditions. Temperature, precipitation, wind speed, soil type and land cover maps were used to simulate the hydrological cycle in 2 sub-basins inside the Amazon: Santo Antônio do Içá, Japurá, Juruá, Negro, Madeira e Purus, covering the period from 1980 to 2006. The simulation was not possible for basins with large drainage area located in the Andes (Santo A. Içá and Japurá), due to underestimation of the precipitation. For the other basins, simulated discharge agreed with observed records, even though evapotranspiration (ET) estimates showed some problems. The ET partitioning in its components, transpiration and canopy evaporation, showed severe discrepancies. A correction was applied to the model, fixing the partitioning problem but it resulted in reduction of estimate ET. A new version of the model (v.4.1) has just been released, with changes in the way ET is estimated. However, this new version has not yet been tested in the Amazon

Este trabalho discute a composição de campos de precipitação a partir de duas fontes de dados: os pluviômetros e o radar meteorológico. Estudaram-se métodos baseados somente em dados de pluviômetros, somente em dados de radar, e técnicas que combinam as duas fontes de dados. O objeto de estudo é a bacia do rio Jacaré-Guaçu, que conta com 65 postos pluviométricos e um radar meteorológico, do IPMet-Bauru. Foi feita uma comparação direta entre os campos gerados pelas diversas técnicas, onde foi avaliado o comportamento do índice G (razão entre o registro pluviométrico e a média dos registros de radar dos 9 pixels que circundam o pluviômetro), a capacidade destas técnicas de fornecer a chuva pontual e a altura média diária e anual de chuva por área de integração. Os métodos compostos apresentaram valores pontuais de chuva muito elevados e foram introduzidos fatores limitantes para compensar estas super correções. Os resultados obtidos reproduziram qualitativamente os valores da literatura. Ao analisar a média das chuvas diárias para toda a bacia e para todo o período, utilizando como padrão de comparação o método do Inverso do Quadrado da Distância (IQD), constatou que o radar fornece valores 12% menores, e que os métodos mistos apresentam diferenças na faixa de -0,5 a +16%. Nesta forma de análise existe um ganho ao se utilizar as técnicas mistas, porém ao se trabalhar com valores diários, integrados em sub-bacias, as diferenças atingem valores de -45% até +70%. Estes campos de precipitação foram aplicados em um modelo hidrológico distribuído, de embasamento físico, com 19 parâmetros calibráveis. Trabalhou-se com 10 postos fluviométricos e com 6 anos de dados. A calibração foi feita com dois anos e o restante deles foi usado para validação. Para garantir a comparação entre os resultados usou-se rigorosamente a mesma metodologia de calibração, com apoio de algoritmo genético. Foram utilizadas três funções objetivo: uma para verificação dos picos, outra para recessão e a última para avaliar a diferença de volume. Verificou-se que os melhores resultados foram obtidos para os métodos IQD, Brandes com o maior limitador, Radar e Costa. Nestes métodos, o processo de calibração consegue compensar as diferenças dos campos de precipitação. As diferenças observadas nos campos de precipitação foram reproduzidas nos hidrogramas. Os hidrogramas resultantes da aplicação dos dados de radar não reproduziram bem a recessão e os hidrogramas resultantes dos campos gerados apenas por pluviômetros apresentam picos elevados. As técnicas mistas ora atenuam os picos ora intensificam-nos. Sugere-se mais pesquisa para o desenvolvimento de métodos mistos que explorem as vantagens dos dois equipamentos de medida de chuva / This work discusses the composition of precipitation fields using two data sources: rain gauges and weather radar. Methods based solely on rain gauges, on weather radar, and techniques that combine these two measurement instruments were studied. The study object is the Jacaré-Guaçu river basin, with 65 rain gauges and a meteorological radar (IPMet-Bauru). A direct comparison of these fields generated by diverse techniques was made to study the following subjects: G index (reason between the rain gauge register and the average of the 9 pixels radar registers that surround the rain gauge), the capacity of these techniques to supply the point rain and the daily and annual mean rain height over an integration area. The combined methods provides very high point values, therefore some limitations were introduced to compensate these super corrections. The literature results were qualitatively reproduced in this study. The daily mean rain height comparative analyses for all the basin, and for all the period, evidenced that the radar supplies to values 12% minors, and that the composed methods present differences from -0,5 up to +16%; the comparison pattern was the Inverse of Square Distance method (ISD). The study of mean rain height calculated over a great period and to the entire river basin shows a profit when using the combined techniques; however, when daily values integrated in sub-basins are used, the differences reach values from -45% until +70%. These precipitation fields had been applied in a distributed hydrologic model, physically based, with 19 calibrated parameters. There were 10 fluviometric stations and 6 years of data. The calibration was made with two years, and that remain data was used for validation. To guarantee the results comparison, the same calibration methodology was rigorously used, with support of genetic algorithm. Three objective functions were used: one for peaks verification, another for recession analyses and the last one for volume difference evaluation. The best results were achieved by the application of the precipitation fields gotten by ISD, Brandes with high limitation, Radar and Costa methods. For these methods, the calibration process compensated the differences on the precipitation fields. The differences observed in the precipitation fields had been reproduced in the hydrograms. The hydrograms of the radar data applications had not well reproduced the recession curve, and the hydrograms of the precipitation fields based only on rain gauges presented high peaks. Sometimes the composed techniques attenuate the peaks, however, sometimes they intensify them. More research is recommended to develop compoud methods that explore the advantages of the two equipments for rain measure

La cuenca hidrográfica según FAO/RLAC (1998), es una unidad territorial formada por un río con sus afluentes y por un área colectora de las aguas. En la cuenca están contenidos los recursos naturales básicos para las múltiples actividades humanas, como agua, suelo, vegetación y fauna. Todos mantienen una continua y particular interacción entre ellos y con los aprovechamientos y desarrollos productivos del hombre. El manejo inadecuado de los recursos naturales origina problemas que afectan seriamente la capacidad productiva de los sistemas agropecuarios y finalmente repercuten a mediano y largo plazo en la calidad de vida de los habitantes. Desde un punto de vista hidrográfico, el área de estudio, corresponde a la cabecera de la cuenca del Arroyo Pillahuinco Grande perteneciente al partido de Coronel Pringles, provincia de Buenos Aires. Esta área, posee gran influencia sobre los caudales que circulan por el cauce, ya que las características particulares de sus suelos, vegetación y topografía, ligados al uso del territorio determinan que gran parte de la precipitación pluvial se transforme en escorrentía. Los recursos que dispone el hombre para paliar la degradación ambiental, se encuentran en la ingeniería agro-hidrológica y medioambiental a través de los proyectos de restauración agro-hidrológica de las cuencas. Con la aplicación de medidas de control del agua superficial en el área serrana de la cuenca del Arroyo Pillahuinco Grande, se estaría aumentando el recurso hídrico disponible para los cultivos en épocas deficitarias, los caudales punta disminuirían y con ello el riesgo de inundación en la ciudad. La hipótesis del trabajo plantea que las prácticas de restauración agro-hidrológicas propuestas constituyen un método integral en el control del escurrimiento superficial. Para ello se propuso el objetivo general de determinar el efecto de la restauración agro-hidrológica sobre el escurrimiento superficial en el área serrana de la Cuenca del Arroyo Pillahuinco Grande. Teniendo como objetivos particulares: caracterizar ambientalmente el área serrana de la cuenca del Arroyo Pillahuinco Grande, elaborar una base de datos cartográfica temática digital para su potencial disponibilidad pública, modelizar la respuesta hidrológica del área serrana de la cuenca del Arroyo Pillahuinco Grande ante diferentes eventos de precipitación para la condición actual, proponer medidas de restauración agro-hidrológica coherentes con el tipo de producción actual tendientes a disminuir la escorrentía superficial, ajustar las medidas propuestas ante diferentes eventos de precipitación para la condición restaurada y comparar la respuesta del escurrimiento superficial según la condición actual y restaurada del área ante diferentes eventos de precipitación. Para abordar los objetivos se utilizaron diversas metodologías, basadas en el uso de información antecedente, toma de datos a campo y el procesamiento de los mismos a través de Sistemas de Información geográfica (SIG) y los modelos hidrológicos Lthia Gis NPS y Hec Hms, ambos basados en el método de transformación precipitación-escorrentía del Número de Curva elaborada por el Soil Conservation Service de los Estados Unidos. Los modelos permitieron establecer el funcionamiento hidrológico de la cuenca y sus subcuencas, obteniendo la zonificación espacial de la lámina de escorrentía, los hidrogramas caudales pico y volumen total de escorrentía para la condición actual y para las medidas propuestas, ante diferentes eventos de precipitación. La utilización de SIG permitió establecer medidas de restauración agro-hidrológica haciendo una evaluación multicriterio de las condiciones presentes en la cuenca. La comparación de los hidrogramas para la condición actual y restaurada ante los eventos de precipitación demuestra una marcada influencia de la morfometría sobre los volúmenes escurridos y los caudales picos. Una mayor disminución de los valores de lámina escurrida podría lograrse convirtiendo el pastizal serrano en bosques protectores, lo que trae aparejado, por un lado, una reducción del área con producción ganadera a niveles que pueden no poseer sustentabilidad económica y por otro, la disminución de la biodiversidad natural del ambiente.