Resumo Os modelos hidrológicos conceituais e as Redes Neurais Artificiais (RNAs) podem ser associados, caracterizando uma conformação híbrida que represente, ao mesmo tempo, os processos conceituais e não lineares relacionados ao escoamento. O objetivo do trabalho foi avaliar a utilização das RNAs combinadas aos modelos hidrológicos conceituais IPH II e SAC-SMA, de forma a obter um modelo híbrido para estimativa de vazões dos cursos de água da bacia do rio Piracicaba-MG. Como dados de entrada das RNAs foram utilizadas as vazões estimadas com os modelos IPH II e SAC-SMA e como paradigma neural foi empregado o Perceptron de múltiplas camadas. Para o treinamento e a validação das RNAs foram utilizados dados de estações pluviométricas, fluviométricas e meteorológica localizadas na bacia hidrográfica do rio Piracicaba e no seu entorno. A fim de se verificar o desempenho dos modelos híbridos na estimativa das vazões da bacia do rio Piracicaba, as vazões estimadas por esses modelos foram comparadas com as vazões medidas nas estações fluviométricas utilizando-se o erro absoluto médio (MAE); a raiz do erro quadrático médio (RMSE); o viés; o índice de concordância de Willmott (d); e o índice de eficiência de Nash-Sutcliffe (ENS). A utilização das vazões preditas pelo modelo IPH II como dado de entrada das RNAs aumentou a acurácia das estimativas das vazões visto que o erro do modelo híbrido ficou menor. Já a associação das RNAs com o modelo SAC-SMA não proporcionou melhoria das estimativas quando comparada aos resultados advindos da aplicação isolada do referido modelo. Com base nos resultados obtidos pode-se concluir que a associação das RNAs com o modelo hidrológico IPH II, caracterizando uma conformação híbrida, permitiu melhorar as estimativas das vazões diárias na bacia do rio Piracicaba e que a qualidade das estimativas do modelo híbrido depende do modelo conceitual utilizado. Detectou-se, ainda, que os modelos híbridos tiveram melhor desempenho na estimativa das vazões associadas às maiores áreas de drenagem da bacia do rio Piracicaba.

Abstract The association of conceptual hydrological models and artificial neural networks (ANNs) characterizes a hybrid conformation that represents simultaneously conceptual and non-linear processes related to water flow. This study aimed to evaluate the use of ANNs combined with the conceptual hydrological models IPH II and SAC-SMA to obtain a hybrid model for the estimation of watercourse flows in the Piracicaba River basin, located in the state of Minas Gerais - Brazil. The water flow rates estimated by IPH II and SAC-SMA models were used as input data for the ANN, and a multi-layered perceptron was employed as a neural paradigm. Data from pluviometric, fluviometric, and meteorological stations located in the studied basin and surrounding areas were used for the ANN training and validation. To verify the performance of the hybrid models in estimating water flow, the estimated flow rates were compared with those measured in the fluviometric stations using mean absolute error (MAE), root mean square error (RMSE), bias, Willmott’s concordance index, and Nash-Sutcliffe efficiency index (Ef). The results showed that the use of IPH II model as input data for an ANN increased the accuracy of flow prediction as the hybrid model error decreased. Conversely, if compared to the results from its isolated application, when associated with the ANN, SAC-SMA-model did not improve water flow estimates. Lastly, the hybrid conformation using the IPH II hydrological model improved daily flow estimates of the Piracicaba River basin; therefore, the quality of estimates in a hybrid model depends on the conceptual model used. In addition, the hybrid models had better performance when estimating water flows in larger drainage areas within the Piracicaba River basin.

Resumo Objetivou-se com este estudo, avaliar o desempenho de MDEs na caracterização morfométrica de uma bacia hidrográfica situada em região de transição entre os relevos Planalto São Franciscana, Depressão São Franciscana e Serra do Espinhaço. Para o estudo, foram gerados quatro MDEs por interpolação dos dados do SRTM e de cartas topográficas, utilizando o interpolador Topo To Raster com e sem suporte da hidrografia mapeada, disponível no software ArcGIS® 9.3. Outro MDE foi obtido a partir dos dados originais do SRTM. A partir dos MDEs gerados, determinaram-se as características morfométricas da bacia e comparou-as àquelas obtidas de cartas topográficas, denominadas de referência (REF), por meio da determinação de erros percentuais. A avaliação também foi realizada de maneira qualitativa comparando as drenagens e as delimitações da bacia. De um modo geral, os MDEs obtidos com o suporte da hidrografia mapeada (SRTM-TRH e CT-TRH) proporcionaram os melhores resultados, com pequenos erros, principalmente, para as principais características morfométricas da bacia, área de drenagem e comprimento do rio principal, os quais variaram de 0,38 a 1,12% e 5,28 a 7,07%, respectivamente. Por outro lado, os MDEs gerados sem o suporte da hidrografia mapeada (SRTM-O, SRTM-TR e CT-TR) apresentaram grandes erros, principalmente, na determinação da área de drenagem e comprimento do rio principal, os quais variaram de 18,1 a 26,6% e 26,7 a 34,4%, respectivamente. Esses ocorreram em razão de um desvio do rio principal na região da Depressão São Fransciscana, o que nos permite concluir sobre a necessidade e importância de se avaliar MDEs antes de sua utilização.

Abstract The purpose of this study was to evaluate the performance of Digital Elevation Models (DEMs) in the morphometric characterization of a basin located in a transitional region between the São Francisco Plateau, São Francisco Depression and Espinhaço Range reliefs. For the study, four DEMs were generated by interpolation of the SRTM data and topographic maps, using the Topo To Raster interpolator with and without mapped hydrography support, available in ArcGIS® 9.3 software. Another DEM was obtained from the SRTM original data. From the generated DEMs, the morphometric characteristics of the basin were determined and compared to those obtained from topographic maps, denominated reference (REF), by means of percentage errors. The evaluation was also performed in a qualitative way, comparing the drainage and the basin delineations. In general, the DEMs obtained with the support of the mapped hydrography (SRTM-TRH and CT-TRH) provided the best results, with small errors, mainly for the main morphometric characteristics of the basin, drainage area and main river length, which ranged from 0.38 to 1.12% and 5.28 to 7.07%, respectively. On the other hand, the DEMs generated without the support of the mapped hydrography (SRTM-O, SRTM-TR and CT-TR) presented major errors mainly in determining the drainage area and length of the main river, which varied from 18.1 to 26.6% and 26.7 to 34.4%, respectively. These occurred due to a deviation of the main river in the São Franciscana Depression region, which allows us to conclude on the necessity and importance of evaluating DEMs before their use.

Resumo: O objetivo deste trabalho foi modelar a dependência espacial e mapear o índice de erosividade das chuvas (EI30) na região semiárida do Brasil. Foram utilizados registros de erosividade mensal de 210 postos pluviométricos, com série temporal diária igual ou superior a 15 anos. Com base nos valores do EI30, a modelagem da dependência espacial foi realizada pelo ajuste do semivariograma. A partir dos modelos de semivariograma, foram gerados mapas de isolinhas de erosividade com interpolador da krigagem. De acordo com a série histórica de dados, o valor máximo mensal médio do EI30 foi observado em março, e o valor anual variou de 1.439 a 5.864 MJ mm ha-1 por ano, classificado como baixo e moderado, respectivamente. Os maiores valores do EI30 foram obtidos nos extremos norte e sul da região semiárida. Foi observada dependência espacial média para erosividade da chuva, para a maioria dos meses, principalmente com o modelo de semivariograma esférico. O alcance da erosividade variou entre 62 e 1.508 km, para o EI30 mensal, e foi de, aproximadamente, 1.046 km para o anual. A modelagem aplicada, com a validação dos semivariogramas pelo teste de jackknife, permite a espacialização do EI30 para a região semiárida do Brasil.

Abstract: The objective of this work was to model the spatial dependence and to map the rainfall erosivity index (EI30) in the semiarid region of Brazil. Registers of monthly erosivity from 210 rainfall stations were used, with daily time series equal to or greater than 15 years. Based on the values of the EI30, a spatial dependence model was made by adjusting the semivariogram. From the semivariogram models, erosivity isoline maps were generated with a kriging interpolator. According to the historical data series, the maximum monthly average value of the EI30 was observed in March, and the annual value ranged from 1,439 to 5,864 MJ mm ha-1 per year, classified as low and moderate, respectively. The highest EI30 values were obtained in the northern and southern extremes of the semiarid region. Average spatial dependence was observed for rainfall erosivity, in most months, especially with the spherical semivariogram model. The range of erosivity varied from 62 to 1,508 km for the monthly EI30 and was of approximately 1,046 km for the annual one. The applied model, with the validation of the semivariograms using the jackknife test, allows the spatialization of the EI30 for the semiarid region of Brazil.

A costa leste brasileira passou por vasto processo de desmatamento, reduzindo drasticamente seu bioma original. Os possíveis impactos desse processo sobre os recursos hídricos ainda são desconhecidos. Objetivou-se com este trabalho avaliar os impactos do desmatamento sobre os principais componentes do balanço hídrico da bacia hidrográfica do córrego do Galo, ES, localizada na costa leste do Brasil. Para as condições atuais da bacia, o modelo SWAT foi calibrado, no período entre 1997 e 2000, e validado, entre 2001 e 2003. Os processos de calibração e validação foram avaliados pelo coeficiente de Nash-Sutcliffe e pelos parâmetros estatísticos (coeficiente de determinação, coeficiente angular e teste F) da regressão ajustada entre a vazão medida e estimada. Depois do modelo calibrado e validado, novas simulações foram realizadas, considerando três cenários distintos de uso do solo: o legalmente ideal (C1), que leva em consideração a preservação em áreas de APPs; o otimista (C2), que considera a bacia em quase sua totalidade preservada por vegetação nativa; e o pessimista (C3), que considera a bacia coberta em quase sua totalidade por pastagem; o que corresponde a 76, 97 e 0 % de cobertura florestal nativa. Os resultados foram comparados com a simulação realizada com o cenário atual (C0), com 54 % da área coberta com floresta. Os valores de Nash-Sutcliffe foram de 0,65 e 0,70, na calibração e validação, respectivamente, indicando resultados satisfatórios na simulação da vazão. A redução em média de 10 % da cobertura florestal nativa provaria aumento médio anual de aproximadamente 11,5 mm no escoamento total obtido na saída da bacia. O reflorestamento asseguraria as vazões mínimas do período de estiagem e regularizaria a vazão máxima do curso d´água principal da bacia.

The Brazilian East coast was intensely affected by deforestation, which drastically cut back the original biome. The possible impacts of this process on water resources are still unknown. The purpose of this study was an evaluation of the impacts of deforestation on the main water balance components of the Galo creek watershed, in the State of Espírito Santo, on the East coast of Brazil. Considering the real conditions of the watershed, the SWAT model was calibrated with data from 1997 to 2000 and validated for the period between 2001 and 2003. The calibration and validation processes were evaluated by the Nash-Sutcliffe efficiency coefficient and by the statistical parameters (determination coefficient, slope coefficient and F test) of the regression model adjusted for estimated and measured flow data. After calibration and validation of the model, new simulations were carried out for three different land use scenarios: a scenario in compliance with the law (C1), assuming the preservation of PPAs (permanent preservation areas); an optimistic scenario (C2), which considers the watershed to be almost entirely covered by native vegetation; and a pessimistic scenario (C3), in which the watershed would be almost entirely covered by pasture. The scenarios C1, C2 and C3 represent a soil cover of native forest of 76, 97 and 0 %, respectively. The results were compared with the simulation, considering the real scenario (C0) with 54 % forest cover. The Nash-Sutcliffe coefficients were 0.65 and 0.70 for calibration and validation, respectively, indicating satisfactory results in the flow simulation. A mean reduction of 10 % of the native forest cover would cause a mean annual increase of approximately 11.5 mm in total runoff at the watershed outlet. Reforestation would ensure minimum flows in the dry period and regulate the maximum flow of the main watercourse of the watershed.

É de fundamental importância para a modelagem ambiental o entendimento do comportamento hidrológico em áreas florestadas, especialmente da Mata Atlântica brasileira. Neste trabalho, objetivou-se estimar valores de evapotranspiração em área remanescente de Mata Atlântica da Serra da Mantiqueira via balanço hídrico, bem como, parâmetros referentes a essa cobertura vegetal (condutância estomática e aerodinâmica), por meio do modelo de Penman-Monteith. Em termos do balanço hídrico, a evapotranspiração correspondeu a 89% do total precipitado, a drenagem profunda a 13,6% e a variação do armazenamento foi ligeiramente negativa durante o período de análise. A condutância aerodinâmica do dossel (g a ) apresentou valor mínimo de 0,0921 m s-1, valor máximo de 0,1000 m s-1 e valor médio de 0,0993 m s-1; a condutância estomática (g s ) variou de 0,001 a 0,0046 m s-1, com valor médio de 0,0022 m s-1, sendo influenciada pelas condições ambientais, especialmente, a disponibilidade hídrica do solo. Observou-se que a aplicação do modelo Penman-Monteith, com os parâmetros médios ajustados (g a e g s ), apresentou boa precisão, especialmente durante o período seco, podendo ser aplicado em estudos vinculados à hidrologia florestal na região de Mata Atlântica da Serra da Mantiqueira, Minas Gerais.

Understanding hydrologic behavior in forested areas, not least the Brazilian Atlantic Forest, is of fundamental importance for environmental modeling. This work aimed to estimate evapotranspiration values in Atlantic Forest remnants of Mantiqueira Range region using water balance calculations, and to estimate parameters (stomatal and aerodynamic conductances) for this vegetation cover using the Penman-Monteith model. In terms of water balance, evapotranspiration accounted for 89% of total precipitation, deep percolation accounted for 13.6% and storage variation was slightly negative over the analysis period. Canopy aerodynamic conductance (g a) presented a minimum value of 0.0921 m s-1, a maximum value of 0.1000 m s-1 and an average value of 0.0993 m s-1. Stomatal conductance (g s) varied from 0.001 to 0.0046 m s-1, with an average value of 0.0022 m s-1, being influenced by environmental conditions, especially by soil water availability. It was observed that the application of the Penman-Monteith model with average parameter fit (g a and g s) provided good accuracy, especially over the dry season, therefore it can be applied to studies of forest hydrology in fragments of Atlantic Forest in the Mantiqueira Range region, Minas Gerais state.

Objetivou-se, com o presente trabalho, avaliar o desempenho de métodos de estimativa da evapotranspiração de referência (ETo) nas escalas diária e mensal, durante os períodos chuvoso (outubro a março) e seco (abril a setembro), nos anos de 2007 e 2008, para a bacia hidrográfica do ribeirão Lavrinha, região da Serra da Mantiqueira, Minas Gerais (MG). O método de Penman-Monteith-FAO foi utilizado como referência. Para avaliação do desempenho dos métodos, foram considerados os coeficientes de correlação (r) e determinação (r²), concordância de Willmott (d), desempenho (c) de Camargo & Sentelhas e erro padrão de estimativa (EPE). Em geral, verificou-se que os métodos que envolvem radiação solar foram mais precisos na estimativa da ETo em relação aos métodos que envolvem apenas a temperatura do ar. Foram obtidas melhores estimativas pelos métodos de Jensen-Haise, FAO Radiação, Penman e Blaney-Criddle FAO para ambos os períodos, com coeficientes de desempenho entre "ótimo" e "muito bom". Os métodos Jensen-Haise, FAO Radiação e Blaney-Criddle FAO são mais indicados para estimativas em escala diária, para a região da Serra da Mantiqueira, por apresentarem maior precisão e formulações mais simples, enquanto que o método de Jensen-Haise apresentou o menor EPE nas estimativas em escala mensal.

The objective of this research was to evaluate the performance of reference evapotranspiration (ETo) estimating methods, in daily and monthly intervals, considering the rainy-summer (October to March) and dry-winter (April to September) seasons, in 2007 and 2008, in Mantiqueira range region, MG. To evaluate the performance methods were considered: the correlation (r) and determination (r²) coefficients, Willmott agreement (d), e Camargo & Sentelhas performance (c) and standard error estimate (SEE), taking Penman-Monteith-FAO as reference. It was verified that the methods based on solar radiation were more accurate than those based only on air temperature. Jensen-Haise, Radiation FAO, Penman and Blaney-Criddle FAO have produced better estimates in both seasons, obtaining good reliability on ETo estimate for the region, presenting "high" and "very good" performance. Jensen-Haise, Radiation FAO and Blaney-Criddle FAO are the most indicated methods in daily scale to the Mantiqueira range region due to present simpler mathematical structure and good performance, while the Jensen-Haise method presented the smallest standard error for the monthly scale.