Modelos matemáticos de predição de erosão e de produção de sedimentos apresentam um grande potencial para serem utilizados no planejamento dos recursos naturais, pois através destes é possível estimar impactos causados pelas atividades agrícolas. Com base nessa premissa, utilizou-se o modelo SWAT (Soil and Water Assessment Tool), em uma pequena bacia rural (1,19 km²) localizada no município de Arvorezinha-RS, para avaliar a sua aplicabilidade e simular a produção de sedimentos em três diferentes cenários de uso e manejo de solo (floresta, cultivo do fumo em sistema convencional e mínimo). A aplicabilidade do modelo foi avaliada através da comparação dos resultados hidrológicos e sedimentológicos simulados pelo modelo, sem utilização da calibração, com valores observados obtidos para uma série de dados de cinco anos de monitoramento hidrossedimentológico (2002-2006). Resultados referentes à aplicabilidade do modelo através da simulação do escoamento superficial para a escala de tempo diário não foram satisfatórios, enquanto que valores mensais e anuais foram mais adequados. Para a vazão líquida, da mesma forma que para o escoamento superficial, as melhores simulações foram verificadas também para vazões mensais e anuais. Já a produção de sedimentos os resultados não foram satisfatórios, tanto para simulações diárias como mensais e anuais. Possíveis razões que explicam os resultados da produção de sedimentos estão relacionados com limitações tanto da equação que simula o aporte de sedimentos (MUSLE), como do equacionamento da propagação dos sedimentos no canal. Os resultados das simulações hidrológicas para diferentes cenários mostraram não haver diferença para o escoamento superficial entre os sistemas convencional e o cultivo mínimo. Em relação à erosão, verificou-se que o cultivo mínimo foi capaz de reduzir em 30% a produção de sedimentos quando comparado com o sistema convencional. / Mathematical models to predict erosion and sediment yield have great potential for use in natural resource planning, as they enable the user to estimate impacts caused by agricultural activities. Based on this premise, the SWAT model (Soil and Water Assessment Tool) was applied in a small rural catchment (1,19 km²) in Arvorezinha - RS, in Southern Brazil, to evaluate its applicability and to estimate sediment yield under three different soil management scenarios: forest, conventional tillage with tobacco, and minimum tillage with tobacco. The applicability of the model was evaluated by comparing hydrologic and sediment results simulated by the uncalibrated model with observed values obtained over the course of five years (2002-2006) monitoring program. Applicability results for the model based on simulating surface runoff were unacceptable for the daily time scale, although results for monthly and annual time scales were better. This was also true for flow rate, with better simulations on the monthly and annual time scales. However for sediment yield simulations, the SWAT model did not present satisfactory results over any time frame. This may be related to limitations in the equation that simulates sediment load (MUSLE) or to the equivalency of sediment propagation in the canal. Hydrologic simulations for the different soil management scenarios did not show differences in surface runoff between conventional and minimum tillage, although the minimum tillage was shown to reduce sediment yield by 30% when compared with conventional tillage.

O entendimento da dinâmica hidrossedimentológica em uma bacia hidrográfica pode ser realizado pelo monitoramento das variáveis hidrossedimentológicas e pela modelagem desses processos. Nesse contexto, essa pesquisa analisou a eficiência do modelo Soil and Water Assessment Tool (SWAT) na previsão dos processos hidrossedimentológicos na bacia do Taboão (Pejuçara, RS), considerando as saídas (vazão e produção de sedimentos) em um passo de tempo mensal e diário. Para tal, foram utilizados dados de chuva horária dos anos 2008 a 2016, monitorada em quatro pluviógrafos instalados na bacia (PVGs 34, 40, 43 e 51), e dados climáticos da estação meteorológica de Cruz Alta. As informações de vazão, para os anos de 2011 a 2016, foram obtidas por meio da conversão dos dados de nível de água monitorados no exutório da bacia, utilizando uma curva-chave cota x vazão. A concentração de sedimentos suspensos (CSS), para os anos de 2013 a 2015, foi estimada por meio de modelos de redes neurais artificias (RNAs), empregando como entrada dados de turbidez e de nível de água, monitorados no exutório da bacia. O preenchimento das falhas dos registros de precipitação horária foi executado por meio de modelos de Combinações de RNAs (CRNAs) associados à média simples (MS) ou à média ponderada pelo inverso da distância (MP), utilizando como entrada dados pluviométricos dos postos vizinhos. As falhas nos dados de nível de água foram preenchidas por modelos de RNAs, que usaram como entrada níveis de água monitorados em sub-bacias embutidas ou adjacente à bacia do Taboão (bacias do Donato, Turcato, Alemão e Andorinhas), e dados de precipitação média dos quatro pluviógrafos utilizados nessa pesquisa Foram determinadas as defasagens temporais entre os níveis de água das diferentes bacias, e testados o uso da precipitação média com aplicação de filtro temporal linear e/ou exponencial. Os registros falhos nos dados de turbidez foram preenchidos por modelos de RNAs, que empregaram como entrada informações de nível de água monitoradas, de 10 em 10 minutos, no exutório da bacia. A calibração do modelo SWAT para a previsão dos processos hidrológicos foi realizada usando dados de vazão, diários e mensais, para os anos de 2013, 2014 e 2016 e; a etapa de verificação foi executada para os anos de 2011 e 2015. Considerou-se o Método de Green & Ampt para determinação da infiltração de água no solo e 2 anos (2008-2009) para período de aquecimento do modelo SWAT. A calibração do modelo para a produção de sedimentos foi realizada para os anos de 2013 e 2015 e o processo de verificação foi efetuado para o ano de 2014. A calibração e a análise de sensibilidade dos parâmetros foram realizadas com auxílio do SWAT-CUP, utilizando o algoritmo SUFI-2. O coeficiente de Nash–Sutcliffe (NS) das RNAs para preenchimento das falhas de precipitação variou entre 0,35, classificado como “Insatisfatório”, e 0,86, avaliado como “Muito Bom”, considerando critérios propostos por Moriasi et al. (2007). Das 13 RNAs desenvolvidas para preenchimento das falhas nos níveis de água, apenas uma delas foi classificada como de desempenho “Satisfatório” durante o treinamento e; as demais enquadraram-se como de desempenho “Muito Bom”. Na etapa de verificação, sete RNAs foram consideradas com desempenho “Muito Bom” e cinco com “Bom” desempenho No preenchimento das falhas de turbidez, das cinco RNAs desenvolvidas, quatro mostraram “Bom” desempenho durante o treinamento, e uma rede teve desempenho “Muito Bom”; enquanto que, no processo de verificação, duas RNAs tiveram desempenho “Muito Bom”, uma delas foi classificada com desempenho “Bom” e; duas RNAs foram consideradas com desempenho “Satisfatório”. As estatísticas de desempenho dos modelos de RNAs desenvolvidos para o preenchimento das falhas de nível de água, de turbidez e de precipitação também demonstraram que tais redes representam uma alternativa interessante para a obtenção de séries contínuas desses dados, possibilitando o uso posterior dos registros para a modelagem hidrossedimentológica. A calibração do modelo SWAT para estimativa da vazão mensal mostrou desempenho “Muito Bom” (NS=0,78), e para a determinação da vazão diária foi considerado “Bom” (NS=0,72). Na etapa de verificação, o modelo manteve o “Bom” desempenho (NS=0,68) para estimativa da vazão diária, decaindo para desempenho “Satisfatório” (NS=0,64) para a simulação em escala mensal. Para a estimativa da produção de sedimentos mensal, o desempenho do modelo foi considerado “Bom” tanto na calibração (NS=0,66) quanto na verificação (NS=0,70). Na escala diária o desempenho foi “Satisfatório” para a calibração (NS=0,64) e “Insatisfatório” para a verificação (NS=0,38) Tais resultados indicam que o modelo SWAT é uma ferramenta promissora para aplicações na previsão hidrossedimentológica na bacia do Taboão, especialmente em termos de simulações dos processos hidrológicos. No entanto, existem limitações para aplicações na estimativa da produção de sedimentos, sobretudo quando considerados os processos em escala diária. Essas limitações são consequência da presença de processos erosivos na bacia (voçorocas), que não são simulados pelas rotinas presentes no modelo SWAT, bem como pelo escoamento dominante ser do tipo subsuperficial, com ocorrência de pipping; indicando-se, portanto, adequações nas rotinas do modelo para melhor representatividade desses processos. / The understanding of hydrosedimentological dynamics in a watershed can be obtained by monitoring the hydrossedimentological variables and by modeling these processes. In this context, this research analyzed the efficiency of the Soil and Water Assessment Tool (SWAT) in predicting the hydrosedimentological processes in the Taboão basin (Pejuçara, RS), considering the outputs (flow and sediment production) in a monthly and daily time step. For that, hourly rainfall data from 2008 to 2016 were monitored at four pluviographs installed in the basin (PVGs 34, 40, 43 and 51), and climate data were obtained from the Cruz Alta meteorological station. The flow information for the years 2011 to 2016 was obtained by converting the monitored water level data into flow by using a rating curve. The suspended sediment concentration (SSC), from 2013 to 2015, was estimated using artificial neural network (ANN) models, using as input turbidity and water level data, monitored in the basin. The filling of the hourly rainfall records was performed by models of Combinations of RNAs (CRNAs) associated with the simple mean (MS) or weighted mean to the inverse distance (MP), using as input rainfall data from the neighboring stations. Failures in the water-level data were filled by RNA models, which used as input water levels monitored in sub-basins adjacent or embedded to the Taboão basin (Donato, Turcato, Alemão and Andorinha basins), and mean precipitation data of the four pluviographs used in this research. The temporal lags between the water levels of the different basins were determined and the use of the average precipitation with linear and exponential temporal filters was tested The turbidity data records were filled by RNA models, using water level information monitored at every 10 minutes. The SWAT model calibration for predicting the hydrological processes was performed using daily and monthly flow data for the years 2013, 2014 and 2016 and the verification step was performed for the years 2011 and 2015; considering Green & Ampt Method for infiltration estimation and 2 years of warm-up period (2008-2009). The calibration of the model for sediment yield was performed for the years 2013 and 2015 and the verification process was carried out for the year 2014. The calibration and sensitivity analysis of the parameters were performed with the assistance of SWAT-CUP, using the SUFI-2 algorithm. The Nash-Sutcliffe Coefficient (NS) of the RNAs used to fill precipitation faults varied between 0.35, classified as "Unsatisfactory", and 0.86, evaluated as "Very Good", considering criteria proposed by Moriasi et al. (2007). Of the 13 RNAs developed to fill water level failures, only one of them was classified as a "Satisfactory" performance during training and; the others have been classified as "Very Good" performance. In the verification step, seven RNAs were considered to have "Very Good" performance and five had "Good” performance. In the fulfillment of the turbidity faults, of the five RNAs developed, four showed "Good" performance during the training, and one network had "Very Good" performance; while in the verification process two ANNs performed "Very Good", one of them was classified as "Good" and; two ANNs were considered to have "Satisfactory" performance The performance statistics of the ANN models developed to fill the water level, turbidity and precipitation failures also demonstrated that such networks represent an interesting alternative to obtain continuous series of these data, allowing the later use of the records for hydrossedimentological modeling. In the verification processes, the model maintained a “Good” performance (NS=0.68) to estimate the daily flow, decreasing to "Satisfactory" performance (NS=0.64) for the monthly scale simulation. For the estimation of sediment yield the model performance was considered "Good" for monthly calibration period (NS=0.66) and also for the verification (NS=0.70). In daily scale the performance was "Satisfactory" for calibration (NS=0.64) and “Unsatisfactory” in the verification (NS=0.38). These results indicate that the SWAT model is a promising tool for applications in the hydrosedimentological forecasting in the Taboão basin, especially in terms of hydrological processes simulations. However, there are limitations to applications in the estimation of sediment production, especially when considering daily scale processes. These limitations are due to the presence of erosive processes in the basin (gully erosion), which are not simulated by the routines present in the SWAT model, as well as by the existence of the lateral flow with occurrence of pipping; indicating, therefore, the need for adjustments in the routines of the model to better represent these processes.

Modelos matemáticos de predição de erosão e de produção de sedimentos apresentam um grande potencial para serem utilizados no planejamento dos recursos naturais, pois através destes é possível estimar impactos causados pelas atividades agrícolas. Com base nessa premissa, utilizou-se o modelo SWAT (Soil and Water Assessment Tool), em uma pequena bacia rural (1,19 km²) localizada no município de Arvorezinha-RS, para avaliar a sua aplicabilidade e simular a produção de sedimentos em três diferentes cenários de uso e manejo de solo (floresta, cultivo do fumo em sistema convencional e mínimo). A aplicabilidade do modelo foi avaliada através da comparação dos resultados hidrológicos e sedimentológicos simulados pelo modelo, sem utilização da calibração, com valores observados obtidos para uma série de dados de cinco anos de monitoramento hidrossedimentológico (2002-2006). Resultados referentes à aplicabilidade do modelo através da simulação do escoamento superficial para a escala de tempo diário não foram satisfatórios, enquanto que valores mensais e anuais foram mais adequados. Para a vazão líquida, da mesma forma que para o escoamento superficial, as melhores simulações foram verificadas também para vazões mensais e anuais. Já a produção de sedimentos os resultados não foram satisfatórios, tanto para simulações diárias como mensais e anuais. Possíveis razões que explicam os resultados da produção de sedimentos estão relacionados com limitações tanto da equação que simula o aporte de sedimentos (MUSLE), como do equacionamento da propagação dos sedimentos no canal. Os resultados das simulações hidrológicas para diferentes cenários mostraram não haver diferença para o escoamento superficial entre os sistemas convencional e o cultivo mínimo. Em relação à erosão, verificou-se que o cultivo mínimo foi capaz de reduzir em 30% a produção de sedimentos quando comparado com o sistema convencional. / Mathematical models to predict erosion and sediment yield have great potential for use in natural resource planning, as they enable the user to estimate impacts caused by agricultural activities. Based on this premise, the SWAT model (Soil and Water Assessment Tool) was applied in a small rural catchment (1,19 km²) in Arvorezinha - RS, in Southern Brazil, to evaluate its applicability and to estimate sediment yield under three different soil management scenarios: forest, conventional tillage with tobacco, and minimum tillage with tobacco. The applicability of the model was evaluated by comparing hydrologic and sediment results simulated by the uncalibrated model with observed values obtained over the course of five years (2002-2006) monitoring program. Applicability results for the model based on simulating surface runoff were unacceptable for the daily time scale, although results for monthly and annual time scales were better. This was also true for flow rate, with better simulations on the monthly and annual time scales. However for sediment yield simulations, the SWAT model did not present satisfactory results over any time frame. This may be related to limitations in the equation that simulates sediment load (MUSLE) or to the equivalency of sediment propagation in the canal. Hydrologic simulations for the different soil management scenarios did not show differences in surface runoff between conventional and minimum tillage, although the minimum tillage was shown to reduce sediment yield by 30% when compared with conventional tillage.

Conselho Nacional de Desenvolvimento CientÃfico e TecnolÃgico / O objetivo geral foi quantificar e avaliar os principais processos hidrol?gicos, incluindo a produ??o de sedimentos, da Bacia Experimental de Aiuaba (BEA) para o per?odo de 2003-2007. A BEA, com ?rea de 12 km2, est? localizada no sert?o dos Inhamus em ?rea de conserva??o ambiental do bioma caatinga na Esta??o Ecol?gica (ESEC) de Aiuaba, Cear?, pertencente ? bacia do Alto Jaguaribe. Realizou-se caracteriza??o da fisiografia, medi??o de vari?veis hidrol?gicas, avalia??o de processos chuva-defl?vio na bacia hidrogr?fica e no reservat?rio que a controla. Conclui-se que: o processo de infiltra??o do a?ude da BEA (capacidade de 59.700 m3) ? relevante e da mesma ordem de grandeza da evapora??o; a recarga subterr?nea direta ao lago ? desprez?vel em rela??o ? evapora??o e ? infiltra??o; durante os eventos chuva-defl?vio a evapora??o, a infiltra??o e a recarga subterr?nea s?o desprez?veis em rela??o ao defl?vio afluente e ? precipita??o direta sobre o lago. Conclui-se, dos eventos chuva-defl?vio e produ??o de sedimentos, que: o coeficiente de runoff (CR) dos eventos ? extremamente baixo, sendo as l?minas d??gua escoadas menores que as l?minas interceptadas pela vegeta??o; o N?mero de Curva (CN) m?dio por evento foi 42, com m?ximo de 59 e m?nimo de 27; a produ??o de sedimentos apresentou valores entre 9 e 291 kg/km2 para eventos de 2006-2007, e m?dia de 97 kg/km2 por evento; o escoamento superficial ? ef?mero: o tempo de defl?vio foi somente 64% maior que o tempo da precipita??o por evento; as perdas elevadas no escoamento superficial ocorrem, em parte, por perdas em tr?nsito no riacho principal; a l?mina escoada na bacia do riacho secund?rio foi oito vezes maior que na bacia do riacho principal em 2007. Inferiu-se que o mecanismo de gera??o de defl?vio superficial predominante ? o hortoniano e que, se relevante, a contribui??o do escoamento subsuperficial deve ocorrer a uma profundidade menor que 15 cm. O CR m?dio anual da BEA foi 6,54% (m?ximo de 31,08% e m?nimo de 0,13%). No ano de 2004 a l?mina escoada na BEA foi 35 vezes maior que a soma das l?minas escoadas nos demais anos. Dos 1543 dias monitorados, em apenas 139 dias ocorreu escoamento (9%), sendo 28 dias de escoamento nos anos n?o-chuvosos (1,8%). A produ??o de sedimentos em 2007 foi cinco vezes maior que em 2006, e para o bi?nio 2006-07 o m?s de maior escoamento (abril de 2007) foi respons?vel por 71% da produ??o de sedimentos. Comparando-se o CR anual da BEA com outras bacias no rio Jaguaribe, a BEA foi uma das que apresentou menor coeficiente de runoff. Formulou-se a hip?tese de a BEA ser uma ?rea de recarga de aq??fero fraturado, que condiciona processos hidrol?gicos superficiais.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The impact of agriculture on water resources has been a focus for problems associated with reservoir siltation, depletion of water quality, reduced infiltration and soil water storage, formation of floods and low water availability during drought periods. In this sense the estimation of gross erosion and sediment yield monitoring reflect the dynamic that occurs in catchments and the processes observed in the rivers. Studies of erosion in grain crop agricultural areas using no-tillage systems are scarce at catchment scale. Thus, this study estimated gross erosion and sediment yield in a large catchment representative of grain crop cultivation and its potential impacts on land degradation and consequent impacts on water resources. The catchment is located on the Riograndense plateau characterized by deep and weathered soils and landscape is gently sloping. Gross erosion estimation was performed with the RUSLE model along with a Geographic Information System where the attributes of soil, climate, landscape, and land use and management were spatialized for the entire drainage area of the catchment (800 km2). The catchment is drained by the Conceição River, which includes towns such as Cruz Alta and Ijuí, among others. The hydrossedimentometric monitoring was carried out for twenty months with automatic instruments, daily sample collection and sampling during rainfall-runoff events. The variables monitored were rainfall, flow, turbidity and suspended sediment concentration. From this data set sediment yield was estimated for the period and a sediment discharge rating curve was established to extrapolate sediment yield for the last decade. The average results of gross erosion for the catchment are in the order of 8 t ha-1 year-1 and average sediment yield was 140 mg km-2 year-1, generating sediment delivery ratio values of 17.5 %. From the temporal and spatial variability of the results, this study seeks to highlight the erosion processes operating at this scale and the implications for management and water and soil conservation programs for similar regions. / O impacto da agricultura nos recursos hídricos tem sido enfoque para problemas associados ao assoreamento de reservatórios, depauperamento da qualidade da água, reduzida infiltração e armazenamento de água no solo, formação de enxurradas e baixa disponibilidade hídrica em períodos de estiagem. Neste sentido a estimativa da erosão bruta e o monitoramento da produção de sedimentos refletem a dinâmica que ocorre nas bacias vertentes e os processos observados nos rios. Estudos de processos erosivos em áreas agrícolas sob produção de grãos em sistema plantio direto são incipientes na escala de bacia hidrográfica. Este estudo estimou a erosão bruta e a produção de sedimentos em uma grande bacia agrícola que representa o processo de produção de grãos e o seu potencial reflexo sobre a degradação dos solos e o impacto nos recursos hídricos. A bacia se localiza no planalto Riograndense caracterizada por solos profundos e intemperizados e relevo suave ondulado. A estimativa da erosão bruta foi realizada com o modelo RUSLE acoplado a um Sistema de Informação Geográfica, onde os atributos de solo, clima, relevo, uso e manejo foram espacializados para toda a área de drenagem da bacia (800 km2). A bacia em questão é drenada pelo rio Conceição que engloba os municípios de Cruz Alta e Boa Vista do Cadeado, dentre outros. O monitoramento hidrossedimentométrico foi realizado durante vinte meses com instrumentos automáticos, coletas de amostras diárias e amostras durante eventos de chuva-vazão. As variáveis monitoradas foram precipitação, vazão, turbidez e concentração de sedimentos em suspensão. A partir desse conjunto de dados foi estimada a produção de sedimentos no período, bem como estabelecida uma curva-chave de sedimentos utilizada para a extrapolação da PS para a última década. Os resultados médios da erosão bruta da bacia estão na ordem de 8 t ha-1 ano-1 e a produção de sedimentos média foi de 140 t km-2 ano-1, gerando valores de razão de entrega de sedimentos de 17,5%. A partir da variabilidade temporal e espacial dos resultados, o trabalho procura salientar os processos erosivos operantes nessa escala e as implicações para os programas de manejo e conservação de água e solo para regiões semelhantes.

L’archipel du Cap Vert constitue de 10 iles volcaniques appartient a la zone sahelienne qui s’etend de l’atlantique jusqu’a la mer rouge. Depuis, plusieurs decennies le Cap Vert est affecte par la desertification causee en grande partie par la recession climatique et l’erosion des sols. Ces facteurs, associes a la forte pression anthropique sur les ressources, a l’orographie accidentee et a des pluies tropicales parfois diluviennes, provoquent de serieuses pertes du patrimoine foncier. Cependant, depuis son Independance en 1975, le Gouvernement a mene un vaste programme d’arborisation, de restauration des terres et d’amenagement des cours d’eau. Pourtant, tres peu de recherches ont ete menees pour evaluer les actions de protection et de conservation des sols et des eaux. Par consequent, il n’existe quasiment pas de donnees sur la problematique de la degradation des terres ni de bilans. Dans le cadre de ce travail, nous avons etudie les differents facteurs qui controlent l’erosion hydrique des sols. Nous avons plus particulierement cherche a differencier les effets des activites humaines, notamment agricoles, de ceux des facteurs climatiques comme les precipitations et la generation des ecoulements. Nous avons egalement etabli les premiers bilans d’exportations de matieres en suspension et en solution dans le contexte de l’archipel du Cap Vert. L’etude a ete menee a l’echelle de trois bassins versants de l’ile de Santiago Cap-Vert. Ces trois bassins versant (Longueira, Grande et Godim) sont localises dans la partie centrale de l’ile de Santiago et representatifs des divers modes d’occupation du sol et des differents climats de l’ile. Il existe un gradient climatique entre les trois bassins versants. En effet, Longueira qui presente une superficie de 4,18 km2, une pente moyenne de 47 %, se localise dans une zone humide couverte a 69 % par une foret et une surface agricole de 17 %. Grande avec une superficie de 1,87 km2, se localise en zone sub humide pour une pente moyenne de 50 %, il est essentiellement agricole. Godim, avec une superficie de 2,0 km2, se localise en zone semi aride, il est particulierement agricole et sa pente moyenne est de 32 %. Pour ces trois bassins versants, les ecoulements de crue a l’exutoire ont ete mesures et echantillonnes de 2004 a 2009. Le bassin versant de Longueira a fait l’objet d’un suivi plus pousse, notamment en termes de frequence d’echantillonnage et de suivi des ecoulements hors crue. Sur chaque echantillon nous avons procede a la determination de la concentration des matieres en suspension ainsi qu’a l’analyse des elements majeurs. Les resultats obtenus montrent que l’erosion mecanique dans les 3 bassins versants est caracterisee par une forte variabilite spatiale et temporelle. Sur la periode 2005-2009, le bilan moyen annuel pour les bassins versants de Longueira, Grande et Godim est de : 4266, 157 et 10,1 t.km2.an-1 respectivement. La saison humide 2006 a ete la plus erosive pour l’ensemble des trois bassins versants et particulierement dans Longueira avec 2 crues exceptionnelles qui ont genere une concentration moyenne de matieres en suspension superieure a 100 g/l. En revanche, les saisons 2005 et 2008 ont ete dans l’ensemble peu erosives car les concentrations moyennes ne depasserent pas 20 g/l. Par ailleurs, il n’y a pas eu de lames d’eau ecoulees pour les saisons 2005 et 2007 pour le bassin de Godim. Sur le bassin de Longueira, l’etude des phenomenes d’hysteresis permet de caracteriser chaque crue et de montrer que l’evolution temporelle des exportations de matieres en suspension au cours de la saison est fortement influencee par les activites agricoles. En effet, la premiere crue provoque l’exportation massive des sediments disponibles et localises dans le lit du cours d’eau. En consequence, la seconde est moins exportatrice de sediments. etc / The archipelago of Cape Verde comprises 10 volcanic islands and belongs to the Sahelian zone stretching from the Atlantic to the Red Sea. Since several decades, Cape Verde is affected by desertification caused largely by climatic recession and soil erosion. These factors, coupled with high population pressure on resources, rugged topography and torrential tropical rains, cause serious losses of lands. However, since its independence in 1975, the Government conducted an extensive program of afforestation, soil and water conservation. Nevertheless very little research has been conducted to evaluate the actions of protection and conservation of soil and water. Therefore, there is no data on the problem of land degradation or budget. As part of this work, we studied the various factors that control soil erosion by water. Specifically, we sought to differentiate the effects of human activities including agriculture, those climatic factors such as rainfall and runoff generation. We also established the first mass budget of suspended and dissolved load in the context of the archipelago of Cape Verde. The study was conducted across three watersheds of the Santiago Island, Cape Verde. These three watersheds (Longueira, Grande and Godim) are located in the central part of the island and are representative of various types of land use and of the different climates of the island. There is a climatic gradient between the three watersheds. Indeed, Longueira which covers an area of 4.18 km2, an average slope of 47 % is localized in a humid zone and covered to 69 % by forest and the agricultural area is 17 %. Grande with an area of 1.87 km2, is localized in sub humid zone for an average slope of 50 %, it is mainly agricultural. Godim, with an area of 2.0 km2, is localized in semi arid, it is particularly agriculture and its average slope is 32 %. For these three watersheds, flood flows at the outlet were measured and sampled from 2004 to 2009. Watershed Longueira has been further monitoring, particularly in terms of sampling and monitoring of flood flows out. On each sample we determined the concentration of suspended sediment and we analyzed dissolved major elements. The results show that mechanical erosion in the three watersheds is characterized by high spatial and temporal variability. Over the period 2005-2009, the average annual budget for Longueira, Grande and Godim watersheds is: 4266, 157 and 10.1 t.km2.an-1 respectively. The wet season 2006 was the most erosive for all three watersheds, particularly in Longueira with 2 exceptional floods that have generated an average concentration of suspended sediment exceeding 100 g/l. In contrast, the seasons 2005 and 2008 have been generally low erosive because mean concentrations did not exceed 20 g/l. Moreover, there was no runoff for the seasons 2005 and 2007 for the watershed of Godim. In Longueira watershed, the study of hysteresis phenomena can characterize each flood and show that the temporal evolution of suspended sediment yield during the season is strongly influenced by agricultural activities. Indeed, the first flood caused the massive export of sediment available and located in the bed of the watercourse. Accordingly, the second exported less sediment. One month after the first rains, weeding activities decreased the density of vegetation cover and deconstruct the superficial soil, which again caused a very strong export of sediments during the third run off. The results of the chemical erosion in the watershed of Longueira indicate that the budget of chemical erosion rate is 45 t.km-2.an-1 with a strong temporal variability. Indeed, the wettest seasons of 2006 and 2007 are the most export of dissolved load, whereas 2005 had a low export. The use of model mixtures EMMA (End-Members Mixing Analysis) shows that the interflow and deep, feeding the streams in dissolved elements are the main factors of chemical erosion. etc

O significativo investimento em desenvolvimento tecnológico associado aos fatores ambientais, como disponibilidade de recursos naturais, clima e solo elevaram o Brasil ao patamar de maior produtor mundial de cana-de-açúcar, matéria-prima do açúcar e do etanol. Atualmente, o país exporta açúcar para mais de 100 países. Em relação ao etanol, esse vem se destacando no cenário mundial devido à viabilidade econômica e à necessidade de se utilizar energia renovável, em substituição aos combustíveis fósseis, com o intuito de mitigar o efeito estufa. Sendo assim, as perspectivas mundiais para a produção e, principalmente, consumo do etanol são favoráveis. Para o Brasil, devido à alta demanda mundial por açúcar e biocombustíveis, o zoneamento agroecológico da cana-de-açúcar, que apresenta uma seleção de terras potenciais para a expansão do seu cultivo visando uma produção sustentável, é uma necessidade imperiosa. Entretanto, os processos de mudança de uso e cobertura do solo são complexos e podem causar impactos, tais como: desertificação, perda da biodiversidade, poluição de ar, degradação dos componentes ambientais água e solo. Esse trabalho acadêmico visou estimar o escorrimento superficial e a produção de sedimentos em área consolidada e em área que encontra-se em expansão do cultivo da cana-de-açúcar para a produção de açúcar e etanol. Para isso, com base no Zoneamento Agroecológico da Cana-de-açúcar (ZAE Cana) que indica as áreas aptas ao cultivo da cana-de-açúcar, foram selecionadas duas áreas de estudo que possuem alta aptidão para a expansão da cana-de-açúcar. São elas: a Microbacia hidrográfica do ribeirão das Guabirobas (MBH-G) localizada no município de São Carlos - SP, região onde a cultura da cana-de-açúcar é consolidada e; a Microbacia hidrográfica córrego da Onça (MBH-O), localizada na região oeste do Estado de São Paulo, nos municípios de Ilha Solteira e Itapura, região onde a cultura da cana-de-açúcar encontra-se em expansão. O modelo de simulação espacial usado no trabalho é o Conversion of Land Use and its Effects at small region extent (CLUE-S), desenvolvido pela Universidade de Wageningen (Holanda). A aplicação satisfatória do CLUE-S permitiu o desenvolvimento de cenários futuros de uso e cobertura do solo com o intuito de simular a expansão da cultura da cana-de-açúcar em paisagens com diferentes características. A posteriori, foi estimada o escorrimento superficial e a produção de sedimentos desses cenários com o auxílio do modelo Soil and Water Assessment Tool (SWAT). O SWAT foi sensível aos cenários, possibilitando a geração de resultados consistentes, qualitativa e quantitativamente para cada um deles, o que permitiu verificar as suas particularidades. Vale ressaltar que a avaliação ex-ante dos impactos ambientais na área de expansão da cultura da cana-de-açúcar em diferentes cenários pode direcionar ações de políticas públicas e de planejamento sócio-econômico-ambiental, dentre outros. / The significant investments in technological development associated to environmental factors, such as the availability of natural resources, for instance, climate and soil, have led Brazil to become the world\'s largest producer of sugarcane, the raw material used in the manufacture of ethanol and sugar. Currently, the country exports sugar to more than 100 countries. Ethanol has become globally eminent due to its economic feasibility and the need of clean and renewable energy rather than of fossil fuels in order to mitigate the greenhouse effect. Therefore, the global perspectives on the production and especially the consumption of ethanol are favorable. Due to the high global demand for sugar and biofuels, the agro-ecological zoning of sugarcane, which features a selection of potential areas for cultivation expansion aiming at sustainable production, is a fundamental necessity for Brazil. However, the changes inland use and land cover are complex processes and can cause impacts such as desertification, biodiversity loss, air pollution, and degradation of environmental components such as water and soil. This research aims to estimate the sediment yield and runoff in areas where the culture of sugarcane is consolidated and in areas of sugarcane expansion for the production of sugar and ethanol. Accordingly, based on the Agro-Ecological Zoning for Sugarcane (ZAE Cana), which indicates suitable areas for sugarcane cultivation, two study areas that have high potential for the expansion of sugarcane were selected, namely the microbacia hidrográfica do ribeirão das Guabirobas/MBH-G (Ribeirão das Guabirobas micro-drainage basin), located in the city of São Carlos - SP, a region where the culture of sugarcane is consolidated, and the microbacia hidrográfica córrego da Onça/MBH-O (córrego da Onça micro-drainage basin), located in the western region of the state of São Paulo, in the cities of Ilha Solteira and Itapura, an area of sugarcane expansion, i.e. a sugarcane expansion region. The spatial simulation model used in this research is the Conversion of Land Use and its Effects at small region extent (CLUE-S), developed by the University of Wageningen, Netherlands. Making use of this methodology, future land use and land cover scenarios were created in order to simulate the expansion of sugarcane cultivation in areas with different characteristics. Subsequently, the sediment yield and superficial runoff in these scenarios were estimated with the help of the SWAT model (Soil and Water Assessment Tool).This model was sensitive to both scenarios allowing the generation of consistent qualitative and quantitative results for each scenario enabling the identification of their particularities. It is noteworthy that the ex-ante evaluation of environmental impacts on areas of sugarcane expansion in different scenarios can guide public policy actions and socio-economic and environmental planning among others.

Accelerated soil erosion is one of the major threats to agricultural production in Ethiopia and the Harerge region is not exceptional. It is estimated that about 1.5 billion tones of soil is being eroded every year in Ethiopia. In the extreme cases, especially for the highlands, the rate of soil loss is estimated to reach up to 300 t ha-1yr-1 with an average of about 70 t ha -1yr-1 which is beyond any tolerable level. The government have made different attempts to avert the situation since 1975 through initiation of a massive program of soil conservation and rehabilitation of severely degraded lands. Despite considerable efforts, the achievements were far bellow expectations. This study was aimed at assessing the effect of some soil properties, rainfall intensity and slope gradients on surface sealing, soil erodibility, runoff and soil loss from selected sites in the Harerge region, eastern Ethiopia, using simulated rainfall. Soil loss was also estimated for the sites using Soil Loss Estimation Model for Southern Africa (SLEMSA) and the Universal soil Loss Equation (USLE). Moreover, the effectiveness of various rates and patterns of wheat residue mulching in controlling soil loss was also evaluated for one of the study sites, (i.e. Regosol of Alemaya University), under both rainfall simulation and field natural rainfall conditions. For most of the erosion parameters, the interaction among soil texture, slope gradient and rainfall intensity was significant. In general however, high rainfall intensity induced high runoff, sediment yield and splash. The effect of slope gradients on most of the erosion parameters was not significant as the slope length was too small to bring about a concentrated flow. The effect of soils dominated by any one of the three soil separates on the erosion parameters was largely dependent on rainfall intensity and slope gradient. The soils form the 15 different sites in Harerge showed different degrees of vulnerability to surface sealing, runoff and sediment yield. These differences were associated with various soil properties. Correlation of soil properties to the erosion parameters revealed that aggregate stability was the main factor that determined the susceptibility of soils to sealing, runoff and soil loss. This was in turn affected by organic carbon content, percent clay and exchangeable sodium percentage (ESP). Soils with relatively high ESP such as those at Babile (13.85) and Gelemso (7.18) were among the lowest in their aggregate stability (percent water stable aggregates of 0.25 –2.0mm diameter); and have highest runoff and sediment yield as compared to other soils in the study. Similarly, most of those soils with relatively low ESP, high organic carbon content (OC%) and high water stable aggregates such as Hamaressa, AU (Alemaya University) vertisol and AU regosol were among the least susceptible to sealing and interrill erosion. Nevertheless, some exceptions include soils like those of Hirna where high runoff was recorded whilst having relatively high OC%, low ESP and high water stable aggregates. Both the SLEMSA and USLE models were able to identify the erosion hazards for the study sites. Despite the differences in the procedures of the two models, significant correlation (r = 0.87) was observed between the values estimated by the two methods. Both models estimated higher soil loss for Gelemso, Babile, Karamara and Hamaressa. Soil loss was lower for Diredawa, AU-vertisol and AU-Alluvial all of which occur on a relatively low slope gradients. The high soil loss for Babile and Gelemso conforms with the relative soil erodibility values obtained under rainfall simulation suggesting that soil erodibility, among others, is the main factor contributing to high soil loss for these soils. The difference in the estimated soil losses for the different sites was a function of the interaction of the various factors involved. Though the laboratory soil erodibility values were low to medium for Hamaressa and Karamara, the estimated soil loss was higher owing to the field topographic situations such as high slope gradient. SLEMSA and USLE showed different degrees of sensitivities to their input variables for the conditions of the study sites. SLEMSA was highly sensitive to changes in rainfall kinetic energy (E) and soil erodibility (F) and less sensitive to the cover and slope length factors. The sensitivity of SLEMSA to changes in the cover factor was higher for areas having initially smaller percentage rainfall interception values. On the other hand, USLE was highly sensitive to slope gradient and less so to slope length as compared to the other input factors. The study on the various rates and application patterns of wheat residue on runoff and soil loss both in the laboratory rainfall simulation and under field natural rainfall conditions revealed that surface application of crop residue is more effective in reducing soil loss and runoff than incorporating the same amount of the residue into the soil. Likewise, for a particular residue application method, runoff and soil loss decreased with increasing application rate of the mulch. However, the difference was not significant between 4 Mg ha-1 and 8 Mg ha-1 wheat straw rates suggesting that the former can effectively control soil loss and can be used in areas where there is limitation of crop residues provided that other conditions are similar to that of the study site (AU Regosols). The effectiveness of lower rates of straw (i.e. less than 4 Mg ha-1 ) should also be studied. It should however be noted that the effectiveness of mulching in controlling soils loss and runoff could be different under various slope gradients, rainfall characteristics and cover types that were not covered in this study. Integrated soil and water conservation research is required to develop a comprehensive database for modelling various soil erosion parameters. Further research is therefore required on the effect of soil properties (with special emphasis to aggregate stability, clay mineralogy, exchangeable cations, soil texture and organic matter), types and rates of crop residues, cropping and tillage systems, mechanical and biological soil conservation measures on soil erosion and its conservation for a better estimation of the actual soil loss in the study sites. Copyright 2004, University of Pretoria. All rights reserved. The copyright in this work vests in the University of Pretoria. No part of this work may be reproduced or transmitted in any form or by any means, without the prior written permission of the University of Pretoria. Please cite as follows: Bobe, BW 2004, Evaluation of soil erosion in the Harerge region of Ethiopia using soil loss models, rainfall simulation and field trials, PhD thesis, University of Pretoria, Pretoria, viewed yymmdd < http://upetd.up.ac.za/thesis/available/etd-08022004-141533 / > / Thesis (PhD (Soil Science))--University of Pretoria, 2004. / Plant Production and Soil Science / unrestricted

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From the Proceedings of the 1977 Meetings of the Arizona Section - American Water Resources Assn. and the Hydrology Section - Arizona Academy of Science - April 15-16, 1977, Las Vegas, Nevada / Mathematical simulation of the erosion process is accomplished by using a time series of hydrologic parameters as inputs into a modified form of the Universal Soil Loss Equation. A parameter to account for antecedent moisture conditions was found to improve the predictive success of the Universal Soil Loss Equation. The simulation predicts sediment yield resulting from a stochastic sequence of precipitation events on an experimental watershed. This sediment model will be used as a component in a larger, more complex hydrologic simulation model which can be used to determine optimum reclamation practices for the strip mined areas of the arid Southwest. Data from regraded strip mine spoils at the Black Mesa of Arizona are used in calibrating the model.