ABSTRACT Streamflow data from gauging stations are essential for effective water resources management. However, some regions in Brazil lack the necessary data. Hydrological regionalization is an alternative technique for obtaining data such regions. However, not all regions in Brazil have defined hydrological regionalization models, including the state of Goiás and the Brazilian Federal District. The objective of this study was to develop a hydrological regionalization methodology based on the separation of hydrologically homogeneous regions and multiple linear regression, using a Geographic Information System (GIS) program. Historical series data were used to calculate reference flows with 90 or 95% duration over time in the watercourse (Q90 and Q95) and the mean flow (Ǭ). Rain gauge station data were used to calculate the mean annual rainfall in each watershed through spatial interpolation by ordinary kriging. Subsequently, the physiographic characteristics of each watershed were calculated. The hydrologically homogeneous regions were delimited based on these data using cluster analysis, which identified seven hydrologically homogeneous regions in Goiás, two of them belonging to the Federal District. Multiple regression allowed the development of seven regionalization models. Models for regions 1, 3, 4, 5, and 7 showed better performance. management However models District GIS (GIS program 9 95 Q90 Q (Q9 Q95 Ǭ. Ǭ . (Ǭ) kriging Subsequently calculated analysis 1 3 4 5 performance Q9 (Q (Ǭ

RESUMO Para gerenciar os recursos hídricos de forma eficaz, os dados de vazão das estações hidrométricas são cruciais. No entanto, no Brasil, algumas regiões não dispõem dos dados necessários. A regionalização hidrológica é uma técnica alternativa para obter dados para essas regiões. Infelizmente, nem todas as regiões do Brasil têm modelos de regionalização hidrológica definidos, incluindo Goiás e o Distrito Federal. O objetivo deste estudo foi desenvolver uma metodologia de regionalização hidrológica, baseada na separação de regiões hidrologicamente homogêneas e na regressão multivariada, utilizando o programa Sistema de Informações Geográficas (SIG). Com base na série histórica, foram calculadas as vazões de referência com 90 ou 95% de permanência ao longo do tempo no curso d’água (Q90 e Q95) e a vazão média (Ǭ). Com os dados das estações pluviométricas, foi calculada a precipitação média anual de cada uma das bacias hidrográficas fluviométricas, por meio de interpolação espacial por krigagem ordinária. Posteriormente, foram calculadas as características fisiográficas de cada bacia. Com esses dados, as regiões hidrologicamente homogêneas foram delimitadas por meio da análise de agrupamento. A análise de cluster identificou sete regiões hidrologicamente homogêneas em Goiás, sendo que duas delas pertencem ao Distrito Federal. A regressão multivariada levou ao desenvolvimento de sete modelos de regionalização. Os modelos para as regiões 1, 3, 4, 5 e 7 apresentaram melhor desempenho. eficaz cruciais entanto necessários Infelizmente definidos Federal SIG. SIG . (SIG) histórica 9 95 dágua d água Q90 Q (Q9 Q95 Ǭ. Ǭ (Ǭ) pluviométricas fluviométricas ordinária Posteriormente bacia agrupamento 1 3 4 desempenho (SIG Q9 (Q (Ǭ

Abstract In the upper basin of the Medellín River (Colombia) a hydrologic study was carried out to analyze the rainfall-runoff relationships in an event-scale, for the estimation of the maximum streamflow regime associated with different return periods in the basin and its tributary sub-basins, through hydrological modeling that considers the existence of climate change. This study is composed of the characterization of the basin of the study area, as well as the hydrological characterization, which includes the analysis of measured data with high temporal resolution of precipitation and the river levels. Different methods were considered to obtain the necessary information for the execution of a semi-distributed hydrological modeling activities, using the HEC-HMS. The model was calibrated by the simulation of 5 maximum streamflow events of the year 2021 and then it was run with different configurations of the antecedent moisture condition, rainfall-runoff models and stationary and non-stationary conditions (in rainfall), the latter to assess potential effects of the climate change. According to the results, the relative differences between the modeling cases with stationary and non-stationary conditions are, on average, negligible, with values between 3 and 5% in the considered cases, with the non-stationary cases having higher magnitudes of streamflow.

Resumen En la cuenca alta del río Medellín (Colombia) se realizó un estudio hidrológico con el fin de analizar las relaciones lluvia-escorrentía a escala de eventos en esta zona, para la estimación del régimen de caudales máximos asociados a diferentes períodos de retorno en la cuenca del río y subcuencas tributarias, mediante modelación hidrológica considerando cambio climático. Este estudio está compuesto por la caracterización de la cuenca de la zona de estudio, así como la caracterización hidrológica, la cual abarca el análisis de datos medidos con alta resolución temporal de precipitación y niveles del río. Se tienen en cuenta también diferentes métodos para la obtención de la información necesaria para la correcta ejecución de actividades de modelación hidrológica semidistribuida, utilizando el software HEC-HMS. El modelo fue calibrado simulando 5 eventos máximos de caudal del año 2021, y luego ejecutado con distintas configuraciones de condición de humedad antecedente, modelos lluvia-escorrentía y la consideración de condiciones estacionarias y no estacionarias (en la precipitación), estas últimas con el fin de evaluar potenciales efectos debido al cambio climático. Según los resultados obtenidos, las diferencias relativas entre los caudales máximos obtenidos simulando las curvas IDF estacionarias y no estacionarias (estos últimos siendo usados como proxy para condiciones de cambio climático) no presentan diferencias significativas y oscilan entre 3-5%,obteniéndose las mayores magnitudes en los casos no estacionarios.

ABSTRACT Preventing the occurrence of extreme hydrological events exceeds the current abilities of humanity. However, using adequate tools to estimate the probability associated with different values of hydrological variables, such as heavy rainfall, can help mitigate social and environmental damage. This study aimed to verify the hypothesis that the records of maximum rainfall, at different intervals of duration, in the three main rainfall stations in the state of Acre fit the log-normal distribution of two parameters (LN2) and, therefore, to evaluate the events of heavy rainfalls, based on the association between the duration of the rain and the return period. The equations conformed to the classic model of the LN2 model using the method of maximum likelihood once the baseline assumption of stationarity was met using the Mann-Kendall test. Adherence to the model was verified using the Anderson-Darling test. The adjusted distributions allowed for estimating the rainfall intensity at different durations and return periods for the cities of Cruzeiro do Sul, Tarauacá, and Rio Branco and are relevant elements for planning actions aimed at strengthening the components of water safety in the state of Acre. humanity However variables damage lognormal log normal LN (LN2 therefore rainfalls period MannKendall Mann Kendall test AndersonDarling Anderson Darling Sul Tarauacá (LN

RESUMO Evitar a ocorrência de eventos hidrológicos extremos ultrapassa as habilidades atuais da humanidade. Todavia, a utilização de ferramentas adequadas para estimar a probabilidade associada a diferentes valores de variáveis hidrológicas, a exemplo das chuvas intensas, pode auxiliar na atenuação dos danos sociais e ambientais. O objetivo deste estudo foi verificar a hipótese de que os registros de chuvas máximas, em diferentes intervalores de duração, nas três principais estações pluviométricas do estado do Acre, ajustam-se à distribuição log-normal de dois parâmetros (LN2) e, com isso, avaliar os eventos de chuvas intensas, com base na associação entre a duração da chuva e o período de retorno. As equações foram conformadas ao modelo clássico do modelo LN2 pelo método da máxima verossimilhança, uma vez atendido o pressuposto basal da estacionariedade pelo teste de Mann-Kendall. A aderência ao modelo foi verificada por meio teste de Anderson-Darling. As distribuições ajustadas permitiram estimar a intensidade de chuva, em diferentes intervalores de duração e períodos de retorno, para as cidades de Cruzeiro do Sul, Tarauacá e Rio Branco, e são elementos relevantes ao planejamento de ações voltadas ao fortalecimento dos componentes da segurança hídrica no estado do Acre. humanidade Todavia hidrológicas intensas ambientais máximas Acre ajustamse ajustam se lognormal log normal LN (LN2 isso retorno verossimilhança MannKendall. MannKendall Mann Kendall. Kendall Mann-Kendall AndersonDarling. AndersonDarling Anderson Darling. Darling Anderson-Darling Sul Branco (LN

Resumo O estudo fundamenta-se em uma análise geral das geociências do colapso nos campos de cultivo de Santa María Zacatepec, na cidade de Juan C. Bonilla, México. A técnica de sensoriamento remoto é aplicada no desenvolvimento, permitindo a interpretação de combinações de bandas e a determinação da geometria, geologia, geomorfologia e cartografia do local. É apresentada uma análise resumida do trabalho realizado, além de modelos de simulação do gasto hidrológico e da aceleração da água nos taludes estruturais de escoamento. Esses dados foram utilizados para o mapeamento final e a modelagem gráfica. Foi realizado um estudo geomorfológico, geológico e topográfico do local, utilizando técnicas telemétricas aéreas e de satélite. Também foi utilizado um software especializado para levantamentos geodésicos e mapeamento em modelos 2D e 3D da área de análise. Os levantamentos do local foram realizados com o objetivo de conhecer o formato da estrutura e identificar áreas de risco potencial para a população próxima ao colapso. Foram obtidas ortofotos para calcular e determinar a inclinação por distância-elevação, aceleração-altura, fluxo de água e força, o que serviu para concluir as possíveis causas que levaram ao colapso e para ter dados técnicos suficientes que foram compartilhados com as autoridades de proteção civil.

Abstract This paper presents a general analysis from the geosciences of structural collapses. The analysis was conducted in the crop fields of Santa María Zacatepec, in the city of Juan C. Bonilla, Mexico. The analysis implemented the Remote Sensing technique, facilitating the interpretation of band combinations and determining the geometry, geology, geomorphology and cartography of the site under study. A summary analysis of the work performed is presented, in addition to showing simulation models of the hydrological outflow and water acceleration in the runoff structural slopes, data that were used for the final mapping and graphic modeling. A geomorphological, geological, and topographical study of the site was conducted, using satellite and aerial telemetric techniques. Specialized software was also used for geodetic surveys, mapping in 2D and 3D models of the analysis area. Surveys of the site were carried out to determine the shape of the structure and identify potentially risk areas for the population near the collapse events. Orthophotos were obtained to calculate and determine the slope by distance-elevation, acceleration-height, water flow and force, which served to conclude the possible causes that led to the collapses and have sufficient technical data that were shared with the civil protection authorities.

Resumen El trabajo se basa en un análisis general desde las geociencias del colapso en los campos de cultivo de Santa María Zacatepec, de la ciudad Juan C. Bonilla. En el desarrollo se aplica la técnica de Percepción Remota, permitiendo interpretar combinaciones de bandas y determinar la geometría, geología, geomorfología y cartografía del sitio. Se presenta un análisis resumido del trabajo que se realizó, además de mostrar modelos de simulación del gasto hidrológico y la aceleración del agua en las pendientes estructurales de escorrentía, datos que se usaron para la cartografía y modelado gráfico finales. Se realizó un estudio geomorfológico, geológico y topográfico del lugar, con técnicas telemétricas satelitales y aéreas; también se utilizó software especializado que se aplicó para levantamientos geodésicos, realizando cartografía en modelos 2D y 3D del área de análisis. Las prospecciones del lugar se realizaron con el objetivo de conocer la forma de la estructura e identificar áreas potencialmente riesgosas para la población cercana al colapso. Se obtuvieron ortofotos para calcular y determinar la pendiente por distanciaelevación, la aceleración-altura, el gasto y la fuerza del agua; que sirvió para concluir las posibles causas que ocasionaron el colapso, y contar con datos técnicos suficientes que se compartieron con las autoridades de protección civil.

Abstract Soil moisture content can be used to predict drought impact on agricultural yield better than precipitation. Remote sensing is viable source of soil moisture data in instrument-scarce areas. However, space-based soil moisture estimates lack suitability for daily and high-resolution agricultural, hydrological, and environmental applications. This study aimed to assess the potential of the random forest machine learning technique to enhance the spatial resolution of remote soil moisture products from the SMAP satellite. Models were built using random forest for spatial downscaling of SMAP-L3-E, then visually and statistically evaluated for disaggregation quality. The impact of topography, soil properties, and precipitation on the downscaled soil moisture was examined. The relationship between downscaled soil moisture and in-situ soil moisture was analyzed. The results indicate that the proposed method demonstrated spatial and hydrological coherence, along with a satisfactory downscaling quality. Statistical validation indicated suitable generalization error for scientific and practical use (RMSE < 0.05 cm3 cm-3). Random forest effectively achieved spatial downscaling of SMAP-L3-E in the study area. Principal component and spatial analysis revealed dependence of downscaled soil moisture on elevation, soil organic carbon content, clay content, and saturated hydraulic conductivity, mainly under near-saturation conditions. Regarding validation against in-situ data, downscaled soil moisture explained in-situ soil moisture well under low soil water content (ρ = 0.624). Downscaling performance deteriorates for water contents between 0.40 to 0.50 cm3 cm-3, suggesting inadequacy under near saturation conditions at a daily temporal frequency. However, coarser temporal aggregations (7 to 10 days) yielded an average 0.98 correlation coefficient, regardless of saturation conditions. These results could potentially be applied in irrigation planning, soil physics studies and hydrology monitoring, to forecasting the occurrence of droughts, leaching of contaminants, surface runoff modeling, carbon cycle studies, soil's capacity to store and provide nutrients. Our results could mainly be applied to understanding the impact of droughts on crop yield.

ABSTRACT On January 2022, the Carmo River (a tributary of the Doce River) was affected by an extreme hydrological event, with 50-yr return interval. This event was 50% higher than that associated to one of the largest tailing dam failures ever reported that took place in the Gualaxo do Norte River. This delivered to Doce River, through the Carmo River, in a Y-shaped confluence, the contaminated tailing slurry. In order to understand the role of tributaries in the recovery of the Doce River, 2D hydrodynamic and 2D sediment transport models were applied at the confluence of the Carmo River with the Piranga River. Our results, based on hydraulic modeling, remote sensing, and in-situ measurements, indicated that significant amounts of sediments were trapped on the riverbanks and stone banks, making this confluence an important site for the retention of contaminated sediments, influencing sediment budgets and downstream water quality. Therefore, this confluence deserves special attention from water engineering in order to prevent the sediments retained in this area from being transported downstream during extreme events in the coming years. These results can contribute to decision-making, to identify reaches with greater susceptibility to erosion and sediment deposition and to plan the restoration of these rivers. 2022 50yr yr 50 interval Yshaped Y shaped slurry D modeling sensing insitu situ measurements banks quality Therefore years decisionmaking, decisionmaking decision making, decision-making rivers 202 5 20 2

RESUMO Em janeiro de 2022, o Rio Carmo (um afluente do Rio Doce) foi afetado por um evento hidrológico extremo, com um tempo de retorno de 50 anos. Esse evento foi 50% mais intenso do que o associado a uma das maiores falhas de barragem de rejeitos já registradas, que ocorreu neste mesmo rio. Isso resultou no despejo de rejeitos de mineração contaminados no Rio Doce, por meio do Rio Carmo, em uma confluência em forma de Y. Com objetivo de entender a função dos afluentes na recuperação do rio Doce, foram realizadas simulações hidrodinâmicas e de transporte de sedimentos, a partir da versão bidimensional do modelo HEC-RAS, na confluência do rio do Carmo com o rio Piranga. Nossos resultados, com base em modelagem numérica, sensoriamento remoto e medições in situ, apontaram que grandes quantidades de sedimentos foram retidas nas margens do rio e nos bancos de pedra, o que torna esta confluência um local importante para a retenção de sedimentos contaminados, com influências significativas para a qualidade de água a jusante. Sendo assim, essa confluência merece uma atenção especial da engenharia Hídrica a fim de evitar que os sedimentos retidos nesta área sejam transportados a jusante durante os eventos extremos nos próximos anos. Esses resultados podem contribuir para a tomada de decisões, para identificação de trechos com maior suscetibilidade a erosão e deposição de sedimento e para planejamento da restauração desses rios. 2022 Doce extremo 5 anos registradas Y HECRAS, HECRAS HEC RAS, RAS HEC-RAS Piranga numérica situ pedra assim decisões rios 202 20 2

RESUMO Na abordagem Bayesiana mais comum para estimativa de parâmetros de um modelo hidrológico (no domínio do tempo), a especificação da função de verossimilhança pode ser um desafio. Além disso, regiões com monitoramento escasso podem ser de difícil modelagem, dada a ausência de séries temporais suficientes para calibração do modelo. A fim de contornar esses problemas, este estudo busca avaliar a aplicabilidade de assinaturas hidrológicas e métodos de aproximação computacional Bayesiana para fins de estimativa de parâmetros e análise de incerteza de modelos hidrológicos (domínio das assinaturas). Foi adotado o modelo mensal GR2M, buscando aproximar as assinaturas estimadas a partir das séries temporais simuladas àquelas calculadas usando os registros de monitoramento. Como resultado, foram encontrados valores de KGE acima de 0.91 e 0.93 para a maioria das assinaturas durante os períodos de calibração e validação, respectivamente (0.95 e 0.90 no domínio do tempo). Os intervalos de incerteza variaram de assinatura para assinatura, tendendo ser menores para o domínio das assinaturas que para o domínio do tempo. tempo, tempo , tempo) desafio disso modelagem problemas assinaturas. . assinaturas) GR2M GRM GR M resultado 091 0 91 0.9 093 93 validação 0.95 095 95 (0.9 090 90 09 9 0. (0. (0 (

ABSTRACT In the most common Bayesian framework for estimating the parameters of a hydrological model (time domain), the specification of the likelihood function can be challenging. In addition, scarcely gauged regions might be hard to model, due to the lack of sufficient timeseries to calibrate the model. To circumvent these problems, the present study seeks to evaluate the applicability of hydrological signatures and Approximate Bayesian Computation methods to estimating the parameters and analyzing the uncertainty of a hydrological model (signature domain). We used the GR2M monthly model, aiming to approximate the signatures estimated from the simulated timeseries to those calculated from the monitoring data. As a result, we found KGEs of over 0.91 and 0.83 for most signatures in the calibration and validation periods, respectively (0.95 and 0.90 in the time domain). The uncertainty intervals varied from signature to signature, with the tendency of being smaller for the signature-domain than for the time-domain. domain, domain , domain) challenging addition problems domain. . GRM GR M data result 091 0 91 0.9 083 83 0.8 periods 0.95 095 95 (0.9 090 90 signaturedomain timedomain. timedomain time-domain 09 9 0. 08 8 (0. (0 (

ABSTRACT The Orinoco River basin, ranked as South America’s third-largest catchment, is pivotal in contributing to the Atlantic Ocean’s water volume. This study provides a comprehensive update on the basin’s surface water balance, examining trends using gridded precipitation and total evaporation datasets. We also explore projected changes in precipitation until the end of the 21st century, focusing on the RCP8.5 climate change scenario. To achieve this, we utilize data from regional climate models designed by the CORDEX-CORE experiment, selecting an ensemble that excels in performance across South America and Central America. We estimate the accuracy of reference datasets in capturing water balance dynamics. We identify increasing trends in precipitation and total evaporation across most of the basin, enhancing our understanding of its long-term hydrological balance. Notably, the Andean and Guianese sectors of the basin contribute equally to half of the mean surface runoff, although the latter encompasses only 30% of the total area. This underscores the key role of the Guianese shield sub-basins. In regional climate modeling, despite some underestimation, the model runs for the CORDEX South America domain simulate effectively the precipitation across the basin. Regarding climate scenarios, our analysis using the RCP8.5 scenario projects an average annual precipitation reduction of around 45% for the entire basin. These findings emphasize the urgency of adopting measures to mitigate potential adverse effects on the Orinoco River basin’s hydrological sustainability in response to evolving climate patterns.

RESUMEN La cuenca del río Orinoco está clasificada como la tercera más grande de América del Sur y desempeña un papel fundamental en la contribución al volumen de agua del Océano Atlántico. En este estudio proporcionamos una actualización completa del balance hídrico superficial de la cuenca, examinando mediante conjuntos de datos grillados tendencias en la precipitación y la evaporación total. También exploramos los cambios proyectados en la precipitación hasta finales del siglo XXI, enfocándonos al escenario de cambio climático RCP8.5. Para llevar a cabo este estudio utilizamos datos de modelos climáticos regionales del experimento CORDEX-CORE, de donde seleccionamos un ensamble que sobresale en términos de su desempeño en América del Sur y América Central. Cuantificamos la precisión de los datos de referencia en la representación de la dinámica del balance hídrico. Encontramos tendencias crecientes en precipitación y evaporación total en la mayor parte de la cuenca, lo cual aporta al entendimiento del balance hidrológico de la cuenca en el largo plazo. Es notable que tanto la parte Andina como la parte Guayanesa de la cuenca contribuyen por igual al balance hídrico, a pesar de que la segunda abarca sólo el 30 % del área total. Esto resalta la importancia de las subcuencas del escudo guayanés. Respecto a la modelación climática regional, las simulaciones para el dominio CORDEX América del Sur simulan de manera efectiva la precipitación en toda la cuenca, a pesar de cierta subestimación. En cuanto al escenario de cambio climático RCP8.5, los resultados muestran una reducción anual de la precipitación promedio de alrededor del 45 % para toda la cuenca. Estos hallazgos enfatizan la urgencia de adoptar medidas para mitigar posibles efectos adversos en la sostenibilidad hidrológica de la cuenca del río Orinoco, en respuesta a los patrones climáticos en evolución.

ABSTRACT This study introduces an integrated model for water resources planning and management that accounts for both the quantity and quality of water in watersheds and reservoirs. Therefore, it provides a comprehensive approach for better understanding and assessing water systems. The model facilitates analyses of the spatial and temporal dynamics of hydrological processes, pollutant transport, and the behavior of rivers and reservoirs. The study evaluated pollutant load transport in the Upper Paranapanema Basin by applying the Soil Moisture Accounting Procedure (SMAP) model, Muskingum method, Streeter-Phelps buildup/washoff model, and zero-dimensional (0D) models to estimate inflows to the Jurumirim reservoir. A Python-based public library was developed to model all hydrological processes. The model calibration yielded a NSE, KGE, PBIAS and RMSE result of 0.746, 0.778, 6.5% and 73.3 m 3 s − 1, respectively. Indicating a robust simulation that attests to the versatility and reliability of the proposed approach. The methodology outlined in this research enables comprehensive water quality simulation at basin scale, thereby serving as a tool for understanding water quantity and quality dynamics and support decision-making regarding water resource planning and management. reservoirs Therefore systems processes SMAP (SMAP method StreeterPhelps Streeter Phelps buildupwashoff buildup washoff zerodimensional zero dimensional 0D D (0D reservoir Pythonbased Python based NSE KGE 0746 0 746 0.746 0778 778 0.778 65 6 5 6.5 733 73 73. 1 respectively scale decisionmaking decision making 074 74 0.74 077 77 0.77 6. 7 07 0.7 0.

RESUMO Este estudo apresenta um modelo integrado de planejamento e gestão de recursos hídricos que leva em conta tanto a quantidade quanto a qualidade da água em bacias hidrográficas e reservatórios. Portanto, fornece uma abordagem abrangente para uma melhor compreensão e avaliação dos sistemas hídricos. O modelo facilita análises da dinâmica espacial e temporal dos processos hidrológicos, do transporte de poluentes e do comportamento de rios e reservatórios. O estudo avaliou o transporte de cargas poluentes na Bacia do Alto Paranapanema aplicando o modelo Soil Moisture Accounting Procedure (SMAP), método Muskingum, modelos de acúmulo/lavagem, Streeter-Phelps e de dimensão zero (0D) para estimar afluências no reservatório de Jurumirim. Uma biblioteca pública baseada em Python foi desenvolvida para modelar processos hidrológicos. A calibração do modelo resultou em NSE, KGE, PBIAS e RMSE de 0,746; 0,778; 6,5% e 73,3 m 3 s − 1, respectivamente. Indicando uma simulação robusta que atesta a versatilidade e confiabilidade da abordagem proposta. A metodologia delineada nesta pesquisa permite uma simulação abrangente da qualidade da água à nível de bacia, servindo assim como uma ferramenta para compreender a dinâmica da quantidade e qualidade da água e subsidiar a tomada de decisões relativamente ao planeamento e gestão dos recursos hídricos. reservatórios Portanto hidrológicos SMAP, SMAP , (SMAP) Muskingum acúmulolavagem acúmulo lavagem acúmulo/lavagem StreeterPhelps Streeter Phelps 0D D (0D Jurumirim NSE KGE 0,746 0746 0 746 0,778 0778 778 65 6 5 6,5 733 73 73, 1 respectivamente proposta bacia (SMAP 0,74 074 74 0,77 077 77 6, 7 0,7 07 0,

ABSTRACT In hydrological modeling and for the development of projects related to soil and water conservation and civil engineering, determination of water infiltration variables into the soil plays a key role. However, measuring infiltration with manual infiltrometers is work-intensive and requires several people, which casts doubts on the consistency of the process description. Our objective was to develop automated and compact systems for data acquisition by double-concentric-ring and Cornell infiltrometers. The systems are based on air differential pressure sensors and microcontrollers using open-source software and a simple construction. We developed ten sets of automatic infiltrometers for each method that were properly calibrated. The equipment was validated in the field, and the alignment of the automatically measured with the hand-measured infiltration data was considered satisfactory. The proposed systems make data records of infiltration and associated variables possible, with less operator dependence than manual measurement strategies. In addition, the enhanced resolution resulting from infiltrometer automation makes the infiltration curve more representative, especially in the initial infiltration stage. engineering role However workintensive work intensive people description doubleconcentricring double concentric ring opensource open source construction calibrated field handmeasured hand satisfactory possible strategies addition representative stage

Summary: The Mixteco River basin is located in the state of Oaxaca, Mexico and comprises a total area of 6 559.20 km2, which shows a strong degradation of its natural resources, derived mainly from anthropic actions associated with poor management of its natural resources. Thus, the goal of this research is to evaluate the runoff behavior with the SWAT (Soil and Water Assessment Tool) model in the Mixteco River basin using the soil spatial distribution from INEGI (Instituto Nacional de Estadística y Geografía) and that obtained through technique of DSM (Digital Soil Mapping) technique. The modeling with INEGI (ModINEGI) corresponds to the soil map of the series II scale 1:250 000, and the modeling with DSM (ModDSM) was obtained from the environmental covariates. The SWAT model performance evaluation indicators during the calibration phase were R2 = 0.88 and NSE = 0.87 for ModDSM and R2 = 0.85 and NSE = 0.85 for ModINEGI. However, during the validation period, the ModDSM results (R2 = 0.83 and NSE = 0.81) were better than those of ModINEGI (R2 = 0.83 and NSE = 0.61). Therefore, the results indicate that the spatial variation of the soil types obtained through the DSM technique in combination with the vegetation cover and the distribution of slopes at the basin level, allow the SWAT model to simulate the adequate surface runoff behavior.

Resumen: La cuenca del río Mixteco se ubica en el estado de Oaxaca, México y comprende una superficie total de 6 559.20 km2; esta presenta fuerte degradación de sus recursos naturales, derivado principalmente de las acciones antrópicas asociadas a una mala administración de sus recursos naturales. El objetivo de este trabajo fue evaluar el comportamiento del escurrimiento superficial mediante el modelo SWAT (Soil and Water Assessment Tool) en la cuenca del río Mixteco utilizando tanto la distribución espacial de suelo del INEGI (Instituto Nacional de Estadística y Geografía) como la obtenida a través de la técnica de DSM (Mapeo Digital de Suelos). La modelación con INEGI (ModINEGI) correspondió al mapa edafológico de la Serie II escala 1:250,000 y la modelación con DSM (ModDSM) se obtuvo a partir de covariables ambientales. Los indicadores de evaluación del desempeño del modelo SWAT durante la fase de calibración fueron R2 = 0.88 y NSE = 0.87 para ModDSM y R2 = 0.85 y NSE = 0.85 para ModINEGI; sin embargo, durante el periodo de validación, los resultados de ModDSM (R2 = 0.83 y NSE = 0.81) fueron mejores que los de ModINEGI (R2 = 0.83 y NSE = 0.61). Por lo tanto, los resultados indican que la variación espacial de los tipos de suelo obtenida a través de la técnica de DSM, en combinación con la cobertura vegetal y la distribución de las pendientes a nivel cuenca, permiten al modelo SWAT simular de forma adecuada el comportamiento del escurrimiento superficial.

Resumen Las inundaciones urbanas son un fenómeno asociado a grandes precipitaciones, relativamente, en cortos períodos de tiempo, las causas que las provocan son disimiles y generalmente vienen acompañadas por una deficiente planificación urbana. La ciudad de Santa Clara, Cuba presenta graves problemas de inundaciones cercanas a los ríos Bélico y Cubanicay debido a la disminución de la sección de sus cauces por indisciplinas urbanísticas. La presente contribución obtiene los valores del caudal máximo de escurrimiento para varias secciones de control ubicadas a lo largo de dichos ríos, usando para ello el modelo TR-55 (Technical Report 55) del Servicio de Conservación de los Recursos Naturales de Estados Unidos. Se realizan tres modelaciones asociadas a lluvias convectivas Tipo I, II, III agrupadas a los picos de las tormentas y su ubicación temporal, con lo cual se pueden definir los gastos máximos relacionados a tormentas de configuración diferentes para una probabilidad del 1 %, 2 % y 10 %. Los resultados obtenidos demuestran que la situación más crítica ocurre para la lluvia Tipo III y el valor máximo de escurrimiento para una probabilidad del 1 % en el punto de cierre de la cuenca es de 170 m./s.

Abstract Urban floods are a phenomenon associated with heavy rainfall in relatively short periods of time, the causes that cause them are dissimilar and are generally accompanied by poor urban planning that reduces hydraulic sections of rivers, streams, and any drainage channel. The city of Santa Clara in Cuba presents serious flooding problems near the Bélico and Cubanicay rivers due to the decrease in the section of their channels due to urban indiscipline. This contribution obtains the values of the maximum runoff flow for various control sections located along these rivers, using the TR-55 model (Technical Report 55) of the United States Natural Resources Conservation Service (NRCS), for its acronym in English, formerly named Soil Conservation Service). Three models associated with convective rains Type I, II, III associated with the peaks of the storms and their temporal location will be carried out, with which the maximum expenses associated with storms of different configuration can be defined for a probability of 1 %, 2 % and 10 %. The results obtained show that the most critical situation occurs for Type III rain and the maximum runoff value for a 1 % probability at the basin closure point is 170 m./s.

ABSTRACT Studies regarding deforestation, the hydrological cycle, climate change and fire weather can benefit from the detailed simulations provided by regional climate models (RCM). While much attention has been given to fire activity in the Amazon, few studies have used RCM runs to assess fire risk and variables associated to fire occurrence. We evaluated precipitation, temperature and a fire risk index from the ensemble of Eta model simulations coupled with three different global climate models for the Amazon basin. The RCM runs were compared to reanalysis data for the dry season from 1979 to 2005. The maximum and 2-m temperature fields were underestimated over the entire region, but showed a statistically significant spatial correlation with the reference data. Precipitation was overestimated over the Amazon, in accordance with the major sources of moisture analyzed. The Keetch-Byram drought index (KBDI) was not significantly affected by the bias found in temperature and precipitation, and the ensemble improved relative to the individual member simulations. KBDI estimations performed better with the ensemble of the three evaluated members, however the Eta model showed some limitations. The validation of modeled fire risk could benefit from the use of satellite hotspot data. Furthermore, the KBDI can also be used in the assessment of how climate change interacts with fire activity in the Amazon region. deforestation cycle RCM. . (RCM) occurrence precipitation basin 197 2005 2m m 2 region analyzed KeetchByram Keetch Byram (KBDI members limitations Furthermore (RCM 19 200 1 20

RESUMO Estudos sobre desmatamento, ciclo hidrológico, mudanças climáticas e fogo podem se beneficiar de simulações mais detalhadas provenientes de modelos climáticos regionais (RCM). Apesar de que a atividade do fogo na Amazônia tenha recebido grande atenção, poucos estudos usaram simulações de RCM para avaliar o risco de fogo e variáveis associadas às condições climáticas favoráveis à ocorrência de fogo. Aqui avaliamos precipitação, temperatura e um índice de risco de fogo do conjunto de simulações do modelo Eta forçado para três modelos climáticos globais diferentes para a bacia Amazônica. As simulações de RCM foram comparadas com dados de reanálise para a estação seca de 1979 a 2005. Os campos de temperatura máxima e de 2 m foram subestimados em toda a região, porém mostraram uma correlação espacial estatisticamente significativa com os dados de referência. A precipitação foi superestimada para toda a Amazônia, em acordo com as principais fontes de umidade analisadas. O índice de seca de Keetch-Byram (KBDI) não foi significativamente afetado pelo viés observado na temperatura e na precipitação, e o conjunto apresentou resultados melhores em comparação com as simulações dos membros individuais. As simulações de KBDI tiveram melhor resultado com o conjunto das três variáveis avaliadas, porém o modelo Eta mostrou algumas limitações. A validação dos modelos de risco de fogo poderia se beneficiar do uso de dados de hotspot satelitais. Além disso, o KBDI pode ser usado na avaliação de como as mudanças climáticas interagem com o fogo na região amazônica. desmatamento hidrológico RCM. . (RCM) atenção Amazônica 197 2005 referência analisadas KeetchByram Keetch Byram (KBDI individuais avaliadas limitações satelitais disso amazônica (RCM 19 200 1 20

Abstract The objective of this study is to assess the efficiency of flood control measures implemented in the Audi-União District, located on the Iguaçu River floodplain in the city of Curitiba, Brazil, by the application of hydrological-hydraulic modeling using HEC-HMS and HEC-RAS software packages. The scenarios of the years of 2014, 2024 and 2034 with return periods of 10, 25, 50 and 100 years were analyzed. It was observed that the set of hydraulic structures located upstream of Audi-União District can reduce the peak flow at the beginning of the Iguaçu River by 31.4% and the flood area by 35.1%, considering the period of return of 100 years and the land use of 2014. Regarding the measures implemented directly by the Audi-União District, it was observed that the built levee can control floods in the area, except for a small area that is not protected by the levee, in both 2014 and future scenarios. The creation of the Iguaçu Environmental Protection Area and the relocation of families, which were non-structural measures implemented in the region, also proved to be efficient, considering that these areas would suffer from flooding even for rainfall events with a period of return of 10 years. AudiUnião Audi União Curitiba Brazil hydrologicalhydraulic hydrological HECHMS HEC HMS HECRAS RAS packages 202 203 25 5 analyzed 314 31 4 31.4 351 35 1 35.1% 201 families nonstructural non structural region efficient 20 2 3 31. 35.1 35.

Resumo Este estudo teve como objetivo avaliar a eficiência das medidas implementadas para contenção de cheias na região denominada Bolsão Audi-União, localizada na planície de inundação do rio Iguaçu em Curitiba-PR, mediante a aplicação de modelagem hidrológica-hidráulica utilizando os programas HEC-HMS e HEC-RAS. Foram analisados os cenários referentes aos anos de 2014, 2024 e 2034, com tempos de recorrência de 10, 25, 50 e 100 anos. Verificou-se que o conjunto de obras realizadas a montante do Bolsão Audi-União conseguem reduzir em 31,4% a vazão de pico no início do rio Iguaçu e em 35,1% da mancha de inundação ao considerar o tempo de retorno de 100 anos, considerando uso e ocupação do solo do ano de 2014. No que se refere às medidas implementadas diretamente no Bolsão Audi-União, constatou-se que o dique construído consegue conter as inundações ocorridas no local, com exceção de uma pequena área que não é protegida pelo dique, tanto no cenário de 2014 como em cenários futuros. A criação da Área de Proteção Ambiental do Iguaçu e a realocação de famílias, que foram medidas não estruturais implementadas na região, também se mostraram eficientes, tendo em vista que estas áreas sofreriam com inundações até mesmo para eventos com tempo de retorno de 10 anos. AudiUnião, AudiUnião Audi União, União CuritibaPR, CuritibaPR Curitiba PR, PR Curitiba-PR hidrológicahidráulica hidrológica hidráulica HECHMS HEC HMS HECRAS. HECRAS RAS. RAS HEC-RAS 202 2034 25 5 Verificouse Verificou 314 31 4 31,4 351 35 1 35,1 constatouse constatou local 201 futuros famílias eficientes 20 203 2 3 31, 35,

ABSTRACT The lack of observed data and calibration strategies, scale variability, and difficulties in representing heterogeneity of sediment-processes contribute to the usual challenges in achieving satisfactory results in hydro-sedimentological modeling, particularly when using the MUSLE equation for large-scale applications. As a consequence, we investigated five major topics: (1) a sediment-process-based parameterization technique (Hydro-sedimentological Response Unit map - HRUSed); (2) the quality of hydrological modeling with different process-focused parameterizations; (3) a calibration strategy based on the sediment discretization approach for hydro-sedimentological modeling; (4) the use of suspended sediment concentration (SSC) versus suspended sediment discharge (SSD) data for calibration; and (5) trade-offs between increasing the spatial resolution of a large-scale model and using the proposed HRUSed discretization. The current study demonstrated (1) the HRUSed map for South America and (2) a similar performance of large-scale hydrological modeling using a hydrological or hydro-sedimentological discretization approach. (3) The HRUSed discretization approach produced better hydro-sedimentological modeling results. (4) We improved the model’s performance for HRUSed (SSC and SSD results) and for HRU (Hydrological Response Unit map) only for SSD results. (5) Only more detailed spatial discretization has failed to improve process representation. However, increased spatial discretization with a process-parameterization approach focused on hydro-sedimentological dynamics improved model performance. strategies variability sedimentprocesses processes hydrosedimentological hydro sedimentological largescale large applications consequence topics 1 (1 sedimentprocessbased Hydrosedimentological Hydro HRUSed) 2 (2 processfocused parameterizations 3 (3 4 (4 SSC (SSD 5 (5 tradeoffs trade offs models s Hydrological representation However processparameterization (

RESUMO A falta de dados observados e estratégias de calibração, a variabilidade de escalas e as dificuldades em representar a heterogeneidade dos processos de erosão e sedimentação contribuem para os desafios usuais na obtenção de resultados satisfatórios na modelagem hidrossedimentológica, particularmente quando se usa a equação MUSLE para aplicações em larga escala. Como consequência, investigamos cinco tópicos principais: (1) uma técnica de parametrização baseada em processos de produção de sedimentos (mapa da unidade de resposta hidrossedimentológica - HRUSed); (2) a qualidade da modelagem hidrológica com diferentes parametrizações focadas nos processos; (3) uma estratégia de calibração baseada na abordagem de discretização focada em sedimentos para modelagem hidrossedimentológica; (4) o uso de dados de concentração de sedimentos em suspensão (CSS) versus descarga de sedimentos em suspensão (DSS) para calibração; e (5) trade-offs entre aumentar a resolução espacial de um modelo de grande escala e usar a discretização HRUSed proposta. O presente estudo demonstrou: (1) o mapa HRUSed para a América do Sul e (2) um desempenho semelhante de modelagem hidrológica em larga escala usando uma abordagem de discretização hidrológica ou hidrossedimentológica; (3) A abordagem de discretização HRUSed produziu melhores resultados de modelagem hidrossedimentológica; (4) Melhoramos o desempenho do modelo para HRUSed (resultados CSS e DSS) e para HRU (mapa de unidades de resposta hidrológica) apenas para resultados de DSS; e (5) adotar apenas uma discretização espacial mais detalhada falhou em melhorar a representação dos processos. No entanto, o aumento da discretização espacial com uma abordagem de parametrização de processos focada na dinâmica hidrossedimentológica melhorou o desempenho do modelo. consequência principais 1 (1 HRUSed) 2 (2 3 (3 4 (4 (CSS DSS (DSS 5 (5 tradeoffs trade offs proposta demonstrou entanto (