As práticas defendidas por conservacionistas ou preservacionistas convergem para um mesmo ponto, ou seja, a necessidade urgente em se desenvolver ações que possam garantir a existência dos recursos naturais para as gerações atuais e futuras. Neste sentido, a criação de espaços protegidos têm-se apresentado como uma solução plausível frente à degradação ambiental desencadeada ao longo do processo histórico da humanidade. A legislação ambiental brasileira, a rigor, espelha-se nas políticas definidas pelos países ocidentais, participando de acordos e tratados de cunho ambiental que englobam diversos países. No Brasil as Unidades de Conservação, como, por exemplo, os Parque, enfrentam problemas de diversas ordens, o que coloca em “xeque” a preservação e/ou conservação desses espaços; dentre esses problemas destacamse o uso do solo em seu entorno. No estado Tocantins, o Parque Estadual do Lajeado, objeto desta pesquisa, localizado no município de Palmas, encontra-se sobreposta a Área de Preservação Ambiental - APA Serra do Lajeado, esta por sua vez, deveria garantir a proteção do seu entorno, no entanto, devido à natureza jurídica da APAs, bem como, a ineficiência e inoperância dos órgãos fiscalizadores; têm-se observado a dilapidação do patrimônio natural do entorno do Parque Estadual do Lajeado. Neste contexto, a presente pesquisa, buscou elucidar como as transformações espaciais, os sujeitos e suas diferentes formas de uso do solo no entorno do Parque Estadual do Lajeado, têm ocasionado interferência na conservação ambiental e gestão desta unidade. Fato este evidenciado por meio da metodologia adotada, principalmente com o uso de imagens de satélite, no mapeamento do uso do solo no período de 2000 a 2015 e levantamentos de campo, onde observou-se que a principal pressão na área de pesquisa refere-se a expansão urbana e agricultura em larga escala. Com base no uso do solo e aplicação de modelos matemáticos, foi possível realizar-se uma projeção de diferentes cenários futuros para o entorno do Parque Estadual do Lajeado, com ênfase na questão ambiental. / The practices advocated by conservationists or preservationist converge towards the same point, that is, an urgent need to become actions that guarantee a natural resource existence for present and future generations. In this sense, the creation of protected spaces has been presented as a plausible solution to the environmental degradation triggered throughout the historical process of humanity. Brazilian environmental legislation, strictly speaking, is reflected in the policies defined by Western countries, participating in agreements and treaties of an environmental nature that encompass several countries. In Brazil, Conservation Units, such as the Parks, face problems of various kinds, which puts the preservation and / or conservation of these spaces in check; Among these problems the use of the soil in its surroundings stands out. In the state of Tocantins, the State Park of Lajeado, object of this research, located in the municipality of Palmas, is overlapped with the Area of Environmental Preservation - APA Serra do Lajeado, this in turn, should guarantee the protection of its surroundings, however , Due to the legal nature of the APAs, As well as the inefficiency and ineffectiveness of the supervisory bodies; Have been observed the dilapidation of the natural patrimony of the surroundings of the State Park of Lajeado. In this context, the present research sought to elucidate how the spatial transformations, the subjects and their different forms of land use in the surroundings of Lajeado State Park, have caused interference in the environmental conservation and management of this unit. This fact was evidenced through the methodology adopted, mainly with the use of satellite images, in the mapping of the land use in the period from 2000 to 2015 and field surveys, where it was observed that the main pressure in the area of research refers Urban sprawl and large-scale agriculture. Based on the use of the soil and the application of mathematical models, it was possible to carry out a projection of different future scenarios for the surroundings of the State Park of Lajeado, with emphasis on the environmental issue.

A preocupação mundial com as possíveis mudanças climáticas, decorrentes do aumento da concentração de gases do efeito estufa (GEE), resultam na busca por fontes de energia renovável. Dentre estas fontes, a produção do etanol vem se destacando globalmente. O Brasil é o maior produtor mundial de etanol, baseado na cana-de-açúcar como matéria-prima. A produção deste biocombustível atua na redução das emissões de GEE, como substituinte de derivados de petróleo e fornecimento de energia, através da queima do bagaço. No entanto, é necessário quantificar o off-set do etanol em relação ao petróleo em todas as fases de produção. Importante resíduo da indústria sucroenergética é a vinhaça, gerada em elevadas quantidades e usualmente aplicada no solo em fertirrigação. Muitos estudos relatam os benefícios que a vinhaça proporciona ao solo, porém, pouco se sabe sobre os possíveis impactos que causa no ambiente, sobretudo no que se refere às emissões de GEE. O objetivo desta pesquisa foi avaliar as emissões de GEE provenientes da vinhaça no canal de distribuição e após aplicação no solo e detectar as comunidades de archaeas presentes no sedimento do canal condutor, verificando a influência de fatores bióticos e abióticos nas emissões e comunidades microbianas. A pesquisa foi desenvolvida na Usina Iracema, localizada em Iracemápolis, SP. Amostragens de GEE foram realizadas em diferentes pontos do canal de distribuição e em áreas de cana queimada e crua. Amostras de sedimento foram coletadas no canal para detecção das comunidades de archaeas por DGGE. As emissões de C-CO2 e C-CH4 provenientes da vinhaça no canal de distribuição foram influenciadas pela composição físico-química deste resíduo. Apesar de apresentar emissões significativas, o C-CO2 não foi computado no cálculo das emissões totais, pois é reassimilado pela fotossíntese. As emissões de N-N2O foram muito baixas, demonstrando que a vinhaça não fornece condições favoráveis à formação deste GEE. Ao converter os fluxos de N-N2O e C-CH4 em CO2 eq. observou-se que o C-CH4 contribuiu com aproximadamente 99% das emissões totais oriundas da vinhaça presente no canal. A fertirrigação do solo potencializou as emissões de CCO2 e N-N2O e não influenciou as emissões de C-CH4. As emissões de N-N2O provenientes da aplicação de nitrogênio na forma de vinhaça no solo resultaram em fatores de emissão de 0,68 e 0,44 % (kg N-N2O/kg N), respectivamente para cana queimada e crua. Após conversão dos fluxos de N-N2O e C-CH4 em CO2 eq. verificou-se que a aplicação da vinhaça no solo aumentou as emissões em 46,0 e 30,9 kg de CO2 eq. ha-1, respectivamente para cana queimada e crua. Considerando a aplicação de 200 m3 ha-1, observou-se que a vinhaça emitiu 493,9 e 489,1 kg de CO2 eq. ha-1, respectivamente para cana queimada e crua. A contabilização das emissões totais de GEE oriundas da vinhaça indicou que 90% das emissões são resultantes do canal de distribuição. A técnica de DGGE demonstrou mudanças nas estruturas das comunidades de archaea total e mcrA de acordo com os pontos de amostragem, exibiu forte relação com as condições encontradas nesses pontos e com a produção de C-CH4. / The global growing concern about an eventual climate change due to the increasing atmospheric greenhouse gases (GHG) concentrations spur on the search for renewable energy sources. Among the possibilities, ethanol is getting global prominence. Brazil is the greatest producer of ethanol derived from sugar-cane. The production of this biofuel helps to reduce GHG emission replacing the use of petroleum and producing energy by bagasse burning. However, it is necessary to quantify its effective off-set analyzing all steps of production. The main residue of the sugar- ethanol industry is the vinasse, which is generated in high quantity and is usually applied to soil as fertirrigation. Several studies mention the benefits of vinasse application to soil cultivated with sugarcane, but few is known about possible impacts on environment, especially in what concerns GHG emissions. The objective of this work was to evaluate GHG emissions from the vinasse during its flux in distribution channels and after its application to soil by aspersion. Besides, the structure of archaea community of the sludge deposited at the channels bottom was investigated, evaluating the influence of biotic and abiotic factors on GHG emission rates and microbial community. The study was developed at Usina Iracema, located in Iracemápolis (SP). GHG samples were taken at six different points along the vinasse distribution channel and after its application at sites where sugar cane is harvest preceded or not by straw burning. Samples from sedimented sludge were collected from the channel and archaeas communities were assessed by DGGE analyses. Emissions rates of CO2-C and CH4-C from vinasse were influenced by the physical-chemical composition of this residue. Although significant emission rates of CO2- C have been measured, they were not included in total emission calculations, since this gas is reabsorbed by photosynthesis. N2O-N emissions were very low, demonstrating that the vinasse does not promote favorable conditions to its building. The conversion of N2O-N and CH4-C fluxes into CO2 eq demonstrated that methane represents about 99% of total emission of vinasse while into the distribution channel. The soil fertirrigation with vinasse increased CO2-C and N2ON emissions, but did not influence C-CH4 emission rate. Nitrous oxide originated by N content in vinasse applied to soil represented 0.68 and 0.44 % (kg N2O-N.kg N-1), respectively, from areas were harvest was or was not preceeded by burning. N2O-N and CH4-C fluxes converted to CO2 eq showed that vinasse application increased emissions by 46.0 e 30.9 kg of CO2 eq. ha-1 respectively, at areas were harvest was or was not preceded by burning. Considering that vinasse is usually applied in rates of 200 m3 ha-1 the areas were harvest was or was not preceded by burning could emit a total of 493.9 and 489.1 kg CO2 eq. ha-1 respectively. In the final account, 90% of total GHG emission from vinasse was originated from the distribution channel. The DGGE technique demonstrated changes in total and functional community structure of archaeal according to sampling point. They were also strongly correlated to environmental conditions end C-CH4 production.

Ainda atualmente a preocupação com áreas contaminadas não atingiu o nível necessário que resultasse em efetiva proteção ao cidadão, a falta de legislação específica é um problema não solucionado. A estrutura atual dos dispositivos regulamentadores das atividades potencialmente poluidoras não está estabelecida de forma adequada. A par disso, não existe um levantamento completo do número de áreas contaminadas. Estas dificuldades redundam em risco para o investidor, que em função disso prefere ocupar uma área virgem, ao invés de arcar com a responsabilidade desconhecida de utilizar um local anteriormente ocupado por atividade potencialmente poluidora. Nesta dissertação apresentam-se uma metodologia para estabelecimento de possíveis uso e ocupação do solo em áreas contaminadas e alguns tópicos mínimos, para uma legislação moderna, de proteção à reutilização de áreas industriais, respeitadas as condições de segurança à saúde, tanto dos ocupantes da área, como dos que ao redor dela vivem ou trabalham. Para isto é proposta a utilização de análise de risco à saúde como um fator para balizamento da decisão de reocupação da área e ao tipo de uso a ser dado a ela. O modelo de análise de risco à saúde é indicado como a ferramenta para orientar quais as necessárias restrições a serem impostas à reutilização da área remediada. É apresentado um estudo de caso no qual foram estabelecidos os riscos de câncer de 10-6 e de 10-5, os resultados são e comparados com os obtidos com o risco de 10-4. O quociente de perigo, cujo limite foi considerado como unitário, foi igualmente calculado e analisado. Neste estudo de caso estabeleceram-se como cenários, o industrial, para adultos e o residencial para adultos e crianças. Ao final são apresentadas as conclusões e recomendações sobre tópicos importantes a acrescentar à legislação atual a fim de torná-la mais moderna e ambientalmente mais segura, ao mesmo tempo em que protege o investidor de riscos financeiros ao reutilizar áreas recuperadas, anteriormente degradadas ou contaminadas. / Even nowadays the concern about brownfield did not reach the necessary level to result in effective citizen protection; the lack of specific legislation is an unsolved problem. The present structure of the environmental regulatory acts for potentially harmful activities is not adequately established. Besides that the brownfield inventory is still incomplete. These difficulties result in risk for the investor who prefers in these circumstances to establish his industry in a green area instead of supporting the unknown burden of using a piece of land previously occupied by a potentially harmful activity. A methodology is presented in this dissertation for the establishment of the allowed use and occupation of a contaminated soil, also presented are some minimum topics to compose a more modern legislation to protect the investor when reutilizing brownfields, provided human health safety conditions are guaranteed for both the land user and the population living or working in the neighborhood. In order to meet these requirements it is being proposed that the human health risk analysis be a factor to be assessed to make the decision of reusing the land and for a specific type of use. The health risk analysis model is indicated as a tool to establish the necessary use restrictions to be imposed to the reutilization of the remediate area. A case study is presented in which the risks of 10-6 and 10-5 have been established, the results obtained were compared to those obtained by using the risk of 10-4, after all the analysis of these values has been shown. The hazard index whose limit had been considered as the unit had been calculated and analyzed. The scenarios used in this case study were: industrial for adult receptors and residential for adults and children receptors. At the end both the conclusions and the recommendations about important topics to be added to current legislation in order to become a modern and environmentally safe legislation and at the same time to protect the investor from financial burdens when utilizing areas previously used and submitted to pollution or contamination are presented.

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Resumo: Os conflitos de uso são determinados pelas ocupações inadequadas do solo dentro de áreas de preservação permanente. O presente trabalho teve como objetivos a determinação das classes de uso e seus respectivos conflitos em áreas de preservação permanente ao longo da rede de drenagem da microbacia do Ribeirão Água Fria, Município de Bofete (SP). Situa-se geograficamente entre as coordenadas: 48° 09' 30" a 48° 18' 30" de longitude WGr., 22° 58' 30" a 23° 04' 30" de latitude Sul apresentando uma área de 15242,84ha. O mapa de uso do solo foi elaborado a partir da classificação em tela na imagem de satélite digital, bandas 3, 4 e 5 do sensor Thematic Mapper do LANDSAT - 5, da órbita 220, ponto 76, quadrante A, passagem de 08/09/2007 em escala 1:50000, através do SIG - CartaLinx. As áreas de conflito da microbacia foram obtidas a partir do cruzamento entre os mapas de uso do solo e de APP's. Os resultados permitiram concluir que mais da metade da área da microbacia (51,09%), está ocupada por pastagens, reflexo de solos arenosos e de baixa fertilidade. Constatou-se ainda que apesar de quase metade da microbacia estar coberta com algum tipo de vegetação (48,78% de mata natural/reflorestamento), possui aproximadamente um terço das áreas de preservação permanente utilizadas inadequadamente por pastagens (88,15%), reflorestamento (10,42%) e solo exposto (1,43%), totalizando 343,07ha de áreas conflitantes em um total de 993,26ha de APP's. Os sistemas de informações geográficas utilizados: IDRISI Andes 15.0, CartaLinx e ArcView 3.2 mostraram ser ferramentas essenciais e eficientes na obtenção dos mapas de ocupação do solo, das áreas de preservação permanente e de conflitos de usos em APP's, servindo de base para futuros planejamentos da região. / Abstract: Conflicts of use are determined by the occupations inadequate soil in areas of permanent preservation. This study aimed to determine the use classes and their conflicts in permanent preservation areas along the drainage network of the watershed of the Stream Água Fria watershed, Bofete (SP). It is situated geographically between the coordinates: 48° 09' 30" to 48° 18' 30" longitude WGr., 22° 58' 30" to 23° 04' 30" latitude S presenting an area of 15242.84 ha. The map of soil use was based on the rating screen in digital satellite image, bands 3, 4 and 5 Thematic Mapper sensor of Landsat - 5, orbit 220, point 76, quadrant A, from 08/09/2007 scale 1:50000, through the SIG - CartaLinx areas of conflict around the watershed were obtained from crossing between the maps of soil use and PPA. The results showed that more than half of the watershed area (51.09%) is occupied by pastures, reflecting sandy soils and low fertility. It was further observed that although nearly half the watershed is covered with some type of vegetation (48.78% of natural forest / reforestation), with about one third of permanent preservation areas used inappropriately by pastures (88.15%) reforestation (10.42%) and bare soil (1.43%), totaling 343.07ha of conflicting areas in a total of 993.26ha of PPA's. The geographic information systems used: IDRISI Andes 15.0, CartaLinx and ArcView 3.2 shown to be essential and effective tools in getting the maps of land use, areas of permanent preservation and conflicts of uses in PPA's, as a basis for future planning of region. / Orientador: Sérgio Campos / Coorientador: Teresa Cristina Tarlé Pissarra / Banca: Fernanda Leite Ribeiro / Mestre

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.

The UHE Passo Real reservoir, founded in 1973 (158,0 MW capacity), with a flooded area of 221 km2 (CEEE, 2008), presents different types of water and an intense agricultural exploitation in the uptake area. In this study, we aimed at interpreting, analyzing and correlating soil use and soil cover in distinct uptake watersheds and agricultural periods with TSS concentration and Secchi depth in different parts of the reservoir. The soil maps showed the three watersheds that flow into the reservoir: Jacuí, Jacuí-Mirim and Ingaí. In these maps there were the vegetative development period in March/2009 and the post-harvest period in May with exposed soil. TM Landsat 543/RGB images were used to identify the kinds of soil use. The categories of soil use were: forest areas, cultures, field,exposed soil and water. The TSS variable (using a filtering method) was measured in 22 points (February, April and June/2009) in four samples: Jacuí, Jacuí Mirim, Ingaí and the main reservoir axis. In the images classification, the culture category was higher in the three watersheds in March: Jacuí Mirim 61,46% (total area =157.182,75 ha), Ingaí 56,51% (114.671,16 ha) and Jacuí 49,55% (423.430,47 ha). In May, the category of exposed soil was higher: Jacuí Mirim 75,55%, Ingaí 68,78% and Jacuí 65,77%. The highest average TSS was found in June (higher precipitation) in the Jacuí sample (Ma= 9,33 mg/L). The low TSS values were frequently found in February, for example, Jacuí sample (Ma=4,33mg/L). The data from SD samples were coherent with TSS data considering that water transparency was higher when the sediments concentration was lower. It was found that soil use and soil cover in the studied area are predominantly rural, mainly due to soybean and corn crops in February and the beginning of winter pasture in May. Even if Jacuí Mirim and Ingaí watersheds presented a higher percentage of exposed soil in May, the Jacuí watershed presents higher TSS flush and TSS concentrations because of a larger uptake area and a lower aquatic flow volume. Overall, the aquatic dynamics at the UHE Passo Real is related to the water flow from the uptake watersheds and it suggests distinct aquatic compartments that result in different colors of water. / O reservatório da UHE Passo Real, inaugurado em 1973 (capacidade 158 MW) e área inundada de 221 km2 (CEEE, 2008) apresenta diferentes tipos de água e uma intensa exploração agrícola na área de captação. Os objetivos da pesquisa compreenderam a interpretação, análise e relação do uso e cobertura da terra em distintas bacias de captação e fases agrícolas com a concentração dos sólidos em suspensão (TSS) e a profundidade do Disco de Secchi (DS). Os mapas de uso da terra caracterizaram as três principais bacias de captação que deságuam no reservatório: Jacuí, Jacuí-Mirim e Ingaí. Esses mapas contemplaram a fase do desenvolvimento vegetativo das culturas agrícolas em março/2009 e a fase pós-colheita em maio com domínio de solo exposto. Imagens de satélite TM Landsat 543/RGB foram utilizadas para identificar as formas de uso da terra. As classes de uso foram assim definidas: áreas florestais, culturas, campo, solo exposto e água. A variável TSS (processada pelo método da filtragem) foi medida em 22 pontos (fevereiro, abril e junho/2009) separados em quatro grupos amostrais: grupo Jacuí, Jacuí Mirim, Ingaí e eixo principal do reservatório. Na classificação das imagens a classe cultura destacou-se nas três bacias em março: 61,46% Jacuí Mirim (área total da bacia=157.182,75 ha), 56,51% Ingaí (114.671,16 ha) e 49,55% Jacuí (423.430,47 ha). Em maio, a classe solo exposto sobressaiu-se com 75,55% na bacia do rio Jacuí Mirim, 68,78% no Ingaí e 65,77% no Jacuí. A maior média dos valores de TSS foi encontrada em junho (maior média de precipitações) para o grupo amostral Jacuí (Ma= 9,33 mg/L). Os valores baixos de TSS foram registrados, em geral, em fevereiro, a exemplo do grupo amostral Jacuí (Ma=4,33mg/L). Os dados dos grupos amostrais do DS apresentaram consistência com os dados do TSS uma vez que a transparência da água foi maior na medida em que a concentração de sedimentos foi menor. Observou-se que os usos e coberturas da terra na área de estudo são predominantemente rurais, principalmente pelo cultivo da soja e do milho em fevereiro e início do plantio das pastagens de inverno em maio. Embora as bacias dos rios Jacuí Mirim e Ingaí apresentaram maiores porcentagens de solo exposto em maio, na bacia do rio Jacuí registrou o maior efeito do sistema terrestre sobre o aquático com a ocorrência de maiores concentrações de TSS. Isto deve-se ao efeito de maior área de captação e menor volume do compartimento aquático de deságüe. Sobretudo, a dinâmica que ocorre no ambiente aquático do reservatório da UHE Passo Real está relacionado com a entrada de água das bacias de captação e sugerem distintos compartimentos aquáticos pelo modo mistura que resultam diferentes colorações na água.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The aim of this study was to analyze the hydrological behavior of a watershed with intense agricultural activity based on rainfall, water discharge and suspended sediment concentration data. The study provides an analysis based on monitoring and modeling techniques with special emphasis to the water infiltration estimate at catchment scale, the runoff modeling and processes of suspended sediment transfer from hillslopes to fluvial channel. The experimental catchment is located in the central-north part of Rio Grande do Sul State, Brazil, with a drainage area of 1.19 km2, which is characterized by shallow soils, steep hillslopes, tobacco cultivation and high sediment yield. Besides the daily and monthly data, the study focuses on 77 rainfall-runoff-sediment events from September 2009 to August 2011. For this data series were used three different models, they being the infiltration model based on hietogramas and hydrographs analysis, curve number model and LISEM model, both with analysis on the estimate infiltration and the runoff. The obtained result for this watershed indicated that: a) the empirical and simple model for infiltration and surface runoff estimation had a fine adjustment with the observed data from the hietograms and hydrograms, b) LISEM model calibration was able to describe the spatial and temporal infiltration variability and surface runoff in a watershed scale. These results contribute for a better understanding of hidrosedimentological processes in a watershed scale, indicating that the use of erosion and sediment yield mathematical modeling tools is efficient for practical indications of soil use and management for reducing environmental and economical problems resulted from runoff and erosion. / O objetivo do trabalho foi analisar o comportamento hidrológico de uma bacia hidrográfica com intensa atividade agrícola a partir do monitoramento da precipitação, da vazão e da concentração de sedimentos em suspensão. O estudo apresenta uma análise baseada em técnicas de monitoramento e de modelagem matemática com especial atenção à estimativa da infiltração de água no solo em escala de bacia, na modelagem do escoamento superficial, e nos processos de transferência de sedimentos da bacia vertente para o canal fluvial. A bacia experimental está localizada no município de Arvorezinha, região centro-norte do estado do RS. A bacia possui uma área de drenagem de 1,19 km2, com predomínio de solos rasos, encostas declivosas, intensa atividade agrícola, e elevada produção de sedimentos. Foram monitorados 77 eventos de chuva-vazão-sedimentos ocorridos entre setembro de 2009 e agosto de 2011. Para este conjunto, foram aplicados três diferentes modelos, sendo eles o modelo de infiltração baseado na análise de hietogramas e hidrogramas, modelo curva-número e o modelo LISEM, ambos com análise da estimativa da infiltração e do escoamento superficial. Os resultados obtidos para esta bacia indicaram que: a) um modelo empírico e simples de estimativa da infiltração e escoamento superficial obteve um bom ajuste com os dados observados a partir do conjunto de hietogramas e hidrogramas, b) a calibração do modelo LISEM foi capaz de descrever a variabilidade espacial e temporal da infiltração e do escoamento superficial na escala de bacia. Estes resultados contribuem para a melhor compreensão dos processos hidrossedimentológicos em escala de bacia hidrográfica, indicando que o uso de ferramentas de modelagem matemática da erosão e da produção de sedimentos é eficiente para a indicação de práticas de uso e manejo do solo para a redução dos problemas econômicos e ambientais ocasionados pelas enxurradas e pela erosão.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Areas susceptibility to water erosion and strong pressure of soil use, as in Southern Brazil, where there is cultivation of tobacco, are prone to degradation of the natural resources. The objective of this dissertation was to evaluate the unsustainability of the natural resources in a watershed under tobacco production, characterized by steep slopes, with intense agricultural exploration and to evaluate the processes related to soil erosion. The watershed is located in the district of Nova Boêmia, Agudo, RS. The watershed has an area of 332 ha, with is subdivided, in right left subbasin, by two streams, forming the main drainage of the Arroio Lino Friedlich, flowing to the Jacuí River. The evaluations were: 1. The evolution of soil use and management, and soil erosion from 2003 to 2005; 2. Physical and environmental factors affecting soil, namely rain erosivity, LS (slope length and steepness) of the Universal Soil Loss Equation, and watershed concentration time; 3. For the quantification of the sediment yield, samples of the suspended sediment were colleted during rain events in the year of 2005, in two control sections, using flow meters that quantified the water flow rate for subsequent determination of the flow and sediment concentration, through from specific rating curves; 4. The annual sediment yield estimation was made through sediment rating curves, using lineal and polynomial models. Precipitation data were obtained automatically from a meteorological station located in the center of the watershed and were used for the determination of rainfall erosivity. Several maps were generated, including classes of factor LS index of the USLE. The results showed that the agricultural areas are increasing and natural vegetation is decreasing. Under this rate, there would be no natural vegetation in 100 years. The concentration time of the watershed is of 12 minutes, meaning that in a short time the whole watershed contributes for the runoff, in accordance with the sudden increase of the water height in the creek. The hydro-sedimentologic components varied mainly with soil moisture, topographical characteristics and rainfall intensity and amount. Erosive rainfall occurred mainly in the second semester of the year, when the soil was also plowed. The right side drainage of the watershed contributed with 80% of the sediment yield and presented higher values of LS factor, more intense soil, presence of highways and gullies and smaller riparian zone. The polynomial model for the sediment rating curves had the best adjustment and was effective in estimating the annual sediment yield. Estimated soil erosion rates from cropland was 0.28 cm ha-1 year and from unpaved roads was 0.12 cm ha-1 year, which are greater than both soil formation and soil loss tolerance rates. These data indicate the unsustainable use of the soils for tobacco growth under current management practices. / Áreas vulneráveis em termos de suscetibilidade à erosão e a forte pressão de uso do solo, como na região Sul do Brasil onde há cultivo de fumo, propiciam a degradação do ambiente. O objetivo foi avaliar a (in)sustentabilidade de agroecossistemas intensamente explorados com a cultura do fumo numa pequena bacia hidrográfica rural de cabeceira com terras declivosas, solos rasos, com ênfase na erosão do solo. A bacia está localizada no distrito de Nova Boêmia, Agudo- RS. A área de captação da bacia corresponde a 332 ha e essa é subdividida, para este estudo, em lados direito (braço direito) e esquerdo (braço esquerdo), em função da rede de drenagem que possui dois córregos, que ao final da secção se juntam em apenas um, formando o braço principal do Arroio Lino Friedlich, afluente do Rio Jacuí. As avaliações foram: 1) quantificação das variáveis de uso e manejo do solo influenciadores da erosão do solo, nos anos de 2003 a 2005; 2) variáveis físico-ambientais influenciadores da erosão do solo, sendo elas a erosividade das chuvas, o fator LS (comprimento do declive L e grau do declive S) da Equação Universal de Perda de Solo, e o tempo de concentração da bacia; 3) medida da produção de sedimentos em suspensão e construção de hietogramas, hidrogramas e sedimentogramas de eventos chuvosos ocorridos no ano de 2005, em seções de controle localizadas no exutório da bacia nos braços esquerdo e principal, nos quais estavam presentes linígrafos que registraram, de forma automática, dados de altura de lâmina de água para posterior determinação da vazão e concentração de sedimentos, a partir de curvas-chave específicas; 4) estimativa da produção de sedimentos anual, a partir da construção de uma curva-chave, sendo avaliados dois modelos, o linear e o polinomial. Dados de precipitação foram obtidos automaticamente numa estação meteorológica situada no centro da bacia e serviram para a determinação do índice de erosividade da chuva. Diversos mapas foram confecionados, sendo um deles o mapa com as classes de fator de LS. Os resultados mostraram que as áreas de lavouras vêm aumentando no decorrer dos anos e, conseqüentemente, as de vegetação natural estão diminuindo. Em se continuando esse processo, em cem anos não mais haverá vegetação natural. O tempo de concentração da bacia é de 12 minutos, significando que num curto espaço de tempo toda a bacia passa a contribuir para o escoamento e confirmando o aumento súbito da altura de lâmina de água no riacho. As componentes hidrossedimentológicas variaram principalmente com a umidade do solo, características topográficas e da precipitação, intensidade e quantidade. Chuvas mais erosivas se situam no segundo semestre do ano, onde o solo estava revolvido pela ação das práticas de cultivo. O lado direito da bacia contribuiu com 80% da produção de sedimentos e apresentou valores mais elevados das classes do fator LS, maior uso antrópico do solo, presença de estradas e ravinas e menor zona ripária. O modelo polinomial para a obtenção da curva-chave de sedimentos teve o melhor ajuste e foi eficaz na estimativa da produção anual de sedimentos. A quantidade de solo erodida e estimada das áreas de lavouras foi de 0,28 cm ha-1 ano, enquanto que das áreas de estradas foi de 0,12 cm ha-1 ano. As perdas por erosão hídrica desses solos da bacia estão muito acima dos valores de suas taxas de formação e também das perdas de solo toleráveis. Isso indica a insustentabilidade perante o atual uso agrícola com a cultura do fumo.

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.