ABSTRACT The objective of this study was to compare ecohydrological simulations from a one-dimensional model (PHABSIM - Physical Habitat Simulation System) and a two-dimensional model (River2D) in order to indicate a reliable tool that could be used to determine public policies for the sustainable management of the water resources of the FormosoRiver basin(MG). The results from the calibration of hydraulic variables, namely, water depth and velocity, as well as habitat predictions for three fish species of the river were compared. The results showed that River 2D was best suited to simulate ecohydrological features for the studied river stretch. Although PHABSIM presented a better fit of the hydraulic variables at the calibration process, the use of only three monitoring cross sections to compose the biotic model database compromised its habitat modeling. PHABSIM model was not able to accurately assess the actual characteristics of the physical habitat in the segments of the river located between the monitoring cross sections.

ABSTRACT This paper aimed at determining the environmental flow regime in a 1 km stretch of the Formoso River, MG, using River2D model. To carry out the ecohydrological modeling, the following information was used: bathymetry, physical and hydraulic features, and the Habitat Suitability Index for species of the Hypostomus auroguttatus. In the River2D, the Weighted Usable Areas were determined from the average long-term streamflows with percentage from 10% to 100%. Those streamflows were simulated for the later construction of optimization matrices that maximize the habitat area throughout the year. For H. auroguttatus Juvenile, higher values of Weighted Usable Area were associated with the percentage of 60% and 70% of the average long-term streamflows in October and September, respectively. For H. auroguttatus Adult, the highest value of Weighted Usable Area was associated with the percentage of 100% of the average long-term streamflow in September. The environmental flows found for this stretch of the Formoso River varied over the year. The lowest environmental flow was observed in December (2.85 m3 s-1), while the highest was observed in May (4.13 m3 s-1). This paper shows the importance of ecohydrological studies in forming a basis for water resources management actions.

RESUMO Objetivou-se verificar se há ganho de informação em termos de relações Intensidade- Duração-Frequência (IDF) de ocorrência de chuva, obtidas a partir de N+M anos de dados para sete estações pluviométricas, pertencentes à bacia hidrográfica da lagoa Mirim (bacia do Atlântico Sul). A partir de N anos de chuva diária observada, foram ajustadas as probabilidades de transição da cadeia de Markov homogênea de dois estados, utilizada na simulação da ocorrência de dias secos e chuvosos, bem como a distribuição Gama, para quantificar a chuva, sendo a série de chuva diária composta por N+M anos, e M a série gerada. As séries compostas foram ajustadas à distribuição de Gumbel e utilizadas na desagregação da chuva máxima diária anual para as durações de 10, 20, 30, 40; 50; 60; 120; 360; 720 e 1440 min. Na validação da metodologia da desagregação da chuva diária, foram comparadas as relações IDFs, a partir de registros pluviográficos, com as obtidas a partir de N anos, bem como as obtidas a partir de N+M anos, utilizando o teste “t” do erro relativo médio quadrático. Concluiu-se que houve ganho de informação em termos de relações IDF de ocorrência de chuva, quando são utilizados N anos de dados observados e M anos de dados gerados, mediante a modelagem estocástica, comparativamente às obtidas a partir da série composta de N anos.

ABSTRACT This study aimed to investigate information gain by using rainfall intensity-duration-frequency (IDF) relationships, with data gathered within N+M years from seven rain gauge stations located in the Lagoa Mirim Watershed (South Atlantic basin). After N years of daily rainfall, the transition probabilities of a time homogeneous two-state Markov chain were defined to simulate rainfall occurrence, as well as gamma distribution to measure it; for that, daily rainfall series were composed of N+M years, with M being the generated series. The series were adjusted to Gumbel distribution, being used in annual maximum daily rainfall disaggregation for durations of 10, 20, 30, 40, 50, 60, 120, 360, 720 and 1440 min. Daily rainfall disaggregation was validated through IDF relationships taken from pluviograph records of N years and from N+M years, using the “t” test of relative mean squared error. We can infer that there was information gain using IDF relationships of rainfall occurrence when using N years of observed data and M years of generated data by stochastic modeling compared to those obtained from a composed series of N years.

RESUMO Este trabalho teve por objetivo propor uma metodologia baseada em análises estatísticas multivariadas de componentes principais e de agrupamento, com o intuito de identificar as variáveis mais representativas em estudos de regionalização de vazões mínimas e otimizar a obtenção das regiões hidrologicamente homogêneas para a bacia hidrográfica do Rio Doce. Foram utilizadas 10 variáveis referentes às características climáticas e morfométricas da bacia. Essas variáveis foram individualizadas para as 61 estações fluviométricas adotadas, sendo três variáveis dependentes e indicativas das vazões mínimas (Q7,10, Q90 e Q95) e sete independentes (precipitação total anual – Pa; precipitação total do semestre seco – Pss e chuvoso –Psc; área de drenagem da bacia –Ad; comprimento do rio principal –Lp; comprimento total dos cursos d'água da bacia – Lt; e declividade média da bacia –SL). O resultado da análise de componentes principais apontou a variável independente SL como a menos representativa e foi excluída do estudo. As variáveis independentes mais representativas foram Ad e Psc. As melhores divisões de regiões hidrologicamente homogêneas para as três vazões características estudadas foram obtidas utilizando-se conjuntamente da matriz de similaridade de Mahalanobis e do método de agrupamento do vizinho mais distante. A análise de agrupamento possibilitou a identificação de quatro regiões hidrologicamente homogêneas na bacia hidrográfica do Rio Doce.

ABSTRACT This study aimed to develop a methodology based on multivariate statistical analysis of principal components and cluster analysis, in order to identify the most representative variables in studies of minimum streamflow regionalization, and to optimize the identification of the hydrologically homogeneous regions for the Doce river basin. Ten variables were used, referring to the river basin climatic and morphometric characteristics. These variables were individualized for each of the 61 gauging stations. Three dependent variables that are indicative of minimum streamflow (Q7,10, Q90 and Q95). And seven independent variables that concern to climatic and morphometric characteristics of the basin (total annual rainfall – Pa; total semiannual rainfall of the dry and of the rainy season – Pss and Psc; watershed drainage area – Ad; length of the main river – Lp; total length of the rivers – Lt; and average watershed slope – SL). The results of the principal component analysis pointed out that the variable SL was the least representative for the study, and so it was discarded. The most representative independent variables were Ad and Psc. The best divisions of hydrologically homogeneous regions for the three studied flow characteristics were obtained using the Mahalanobis similarity matrix and the complete linkage clustering method. The cluster analysis enabled the identification of four hydrologically homogeneous regions in the Doce river basin.

A gestão de cheias em bacias hidrográficas brasileiras deve ser discutida e priorizada, porém o cenário atual indica lacunas quanto às informações hidrológicas com variabilidade espacial e temporal condizentes. A modelagem probabilística de eventos extremos de precipitação, buscando a extrapolação para uma frequência e duração, pode servir como excelente ferramenta de análise e tomada de decisões. O objetivo principal deste trabalho foi analisar o ajuste de diferentes modelos probabilísticos a séries de precipitação máxima diária anual no Rio Grande do Sul. Séries pluviométricas de 342 estações foram ajustadas às distribuições Log-Normal a 2 e 3 parâmetros e Gumbel e a adequação foi realizada pelos testes de Kolmogorov-Smirnov e Qui-Quadrado. Todas as distribuições de probabilidade consideradas foram adequadas; entretanto, a distribuição Log-Normal a 3 parâmetros apresentou os melhores ajustes segundo os resultados do teste Qui-Quadrado. Os parâmetros das distribuições de probabilidades apresentaram variabilidade ao longo do estado e forte relação com a localização, sugerindo que a regionalização de chuvas intensas pode ser empregada no Rio Grande do Sul como excelente ferramenta de gestão.

Flood management in Brazilian watersheds must be discussed and prioritized, however, the current scenario indicates that there are gaps in hydrological information with respect to its spatial and temporal variability. The probabilistic modelling of extreme rainfall events, having as goal to extrapolate values for a given frequency and duration, can be used as an excellent tool for analysis and decision-making. The main objective of this study was to analyse the adjustment of different probabilistic models for series of annual maximum daily rainfall in Rio Grande do Sul. Series of 342 rain gauges were adjusted to 2-parameter Log-Normal, 3-parameter Log-Normal and Gumbel probability distributions and goodness-of-fit tests were based on the Kolmogorov-Smirnov and Chi-Square procedures. It was found that all the distributions presented adequate results, however, 3-parameter Log-Normal distribution had the best performance in accordance with the Chi-Square test. The parameters of probability distribution presented variability over the state and a pronounced relationship with the location of rain gauges. This suggests that regionalization of high-intensity rainfall can be employed in Rio Grande do Sul as an excellent management tool.

Este artigo apresenta a segunda parte da metodologia desenvolvida para projeto de redes hidrométricas de monitoramento quantitativo em bacias hidrográficas, com ênfase na exclusão, rearranjo e inclusão de estações de monitoramento. A proposta metodológica apresentada tem, como área de estudo, a Bacia Hidrográfica do Rio Doce (BHRD) e se baseia na análise espacial dos mapas gerados pela krigagem para as variáveis regionalizadas: vazão específica mínima com 7 dias de duração e período de retorno de 10 anos (q7,10) e precipitação do semestre mais seco (Pss). Aplicando-se a metodologia desenvolvida para a BHRD, verificaram-se melhorias significativas nos desvios padrão percentuais das estimativas de vazão para seis das nove ottobacias estudadas, culminando com o rearranjo de 18 estações e exclusão de duas estações na rede de monitoramento fluviométrico. Verificou-se, ainda, que houve melhorias nas estimativas espacializadas de precipitação com o rearranjo espacial de 12 estações porém se destaca a necessidade de inclusão de 67 estações na rede de monitoramento pluviométrico. A metodologia mostrou-se adequada para o objetivo proposto podendo ser aplicada a qualquer bacia hidrográfica.

This paper presents the second part of the methodology developed to project hydrometric networks of quantitative monitoring of watersheds, emphasizing exclusion, inclusion and rearrangement of monitoring stations. The presented methodology has as study area the Doce River Basin (DRB) and it is based on spatial analysis of maps generated by kriging for regionalized variables: minimum specific flow of 7 days duration and return period of 10 years - q7,10 and precipitation of dry season - Pss. Applying the methodology developed for the DRB, it was concluded that there were significant improvements in the standard deviations of estimates of flow for 6 of the 9 ottobacias, culminating with the rearrangement of 18 stations and excluding 2 stations in the gauging monitoring network. It was also observed that there were improvements too in the estimates of spatialized precipitation enabling the spatial rearrangement of 12 stations. It is noteworthy, however, the need for inclusion of 67 stations in the network monitoring rainfall. The methodology was adequate for the proposed objective and can be applied to any watershed.

Neste estudo a aplicação da primeira parte da proposta metodológica para projeto de redes hidrométricas teve, por objetivo, a espacialização não tendenciosa dos dados hidrométricos das redes fluviométrica e pluviométrica existentes na bacia hidrográfica do rio Doce (BHRD) a partir da análise estatística descritiva e da análise geoestatística. Utilizaram-se, neste estudo, as variáveis vazão específica mínima média de sete dias consecutivos e período de retorno de 10 anos (q7,10) além da precipitação total do semestre mais seco (Pss). Observou-se, aplicando a metodologia desenvolvida que, de forma geral, os valores de q7,10 na BHRD diminuem de oeste para leste com variação de 0,51 a 8,47 L s-1 km-2 enquanto a variável Pss apresentou maiores valores na região de cabeceira do rio Piranga e no baixo Doce e valores mínimos na região central da bacia com variação de 147 a 243 mm. A aplicação da metodologia proposta permitiu a espacialização não tendenciosa das variáveis em estudo na BHRD, possibilitando estimar dados em regiões não monitoradas e com menor incerteza.

In this study, the implementation of the first part of the proposed methodolgy for hydrometric network design aimed to the unbiased spatialization of hydrometric data of fluviometric and rainfall networks existing in the Doce river basin (DRB), from the descriptive statistical analysis and geostatistical analysis. Average minimum specific flow of seven consecutive days and return period of 10 years - q7,10 and total precipitation of half dry - Pss variables were used in this study. Applying the developed methodology it was observed that the values of q7,10 in DRB, in general, decrease from west to east, ranging from 0.51 to 8.47 L s-1 km-2. The variable Pss showed higher values in the region of the head waters and low course of DRB and minimum values in the central region, ranging from 147 to 243 mm. The proposed methodology allow a unbiased spatialization of study variables in DRB, allowing to estimate data in areas not monitored with lower uncertainty.

O objetivo deste estudo foi comparar modelos digitais de elevação hidrograficamente condicionados (MDEHCs), gerados a partir de dados do sensor VNIR (Visible Near Infrared) do ASTER (Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection Radiometer), da SRTM (Shuttle Radar Topography Mission) e de cartas topográficas do IBGE na escala 1:50.000, processados em Sistema de Informações Geográficas (SIG), visando à caracterização morfométrica de bacias hidrográficas. A área de estudo selecionada foi a sub-bacia hidrográfica do Ribeirão São Bartolomeu, sendo obtidas as características morfométricas a partir dos MDEHCs. Aplicaram-se o índice estatístico Raiz do Erro Médio Quadrático (REMQ) e a validação cruzada para avaliar a qualidade dos MDEHCs. A diferença percentual obtida nos dados morfométricos entre os modelos estudados foi inferior a 10%, exceto para a declividade média, que foi de 21%. De maneira geral, verificou-se boa concordância entre os MDEHCs gerados por dados de sensoriamento remoto e pelas cartas do IBGE. O MDEHC ASTER foi ligeiramente mais preciso que o MDEHC SRTM em bacias com elevadas altitudes e relevo acidentado, por apresentar frequências altimétricas mais próximas do MDEHC IBGE, considerado padrão neste estudo.

The aim of this study was to compare the hydrographically conditioned digital elevation models (HCDEMs) generated from data of VNIR (Visible Near Infrared) sensor of ASTER (Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection Radiometer), of SRTM (Shuttle Radar Topography Mission) and topographical maps from IBGE in a scale of 1:50,000, processed in the Geographical Information System (GIS), aiming the morphometric characterization of watersheds. It was taken as basis the Sub-basin of São Bartolomeu River, obtaining morphometric characteristics from HCDEMs. Root Mean Square Error (RMSE) and cross validation were the statistics indexes used to evaluate the quality of HCDEMs. The percentage differences in the morphometric parameters obtained from these three different data sets were less than 10%, except for the mean slope (21%). In general, it was observed a good agreement between HCDEMs generated from remote sensing data and IBGE maps. The result of HCDEM ASTER was slightly higher than that from HCDEM SRTM. The HCDEM ASTER was more accurate than the HCDEM SRTM in basins with high altitudes and rugged terrain, by presenting frequency altimetry nearest to HCDEM IBGE, considered standard in this study.

RESUMO O objetivo deste estudo foi avaliar a qualidade da água e identificar os grupos de poluição presentes no médio Rio Pomba, por meio de técnica estatística multivariada. Duas campanhas no período de out/2008 a jan/2009 foram realizadas em nove pontos georreferenciados, localizados ao longo do médio Rio Pomba, compreendendo a análise de 18 variáveis de qualidade de água. A técnica estatística multivariada por meio da aplicação da análise fatorial/análise de componentes principais promoveu a redução no número de variáveis de qualidade de água, uma vez que o melhor comportamento das variáveis ocorreu com a inclusão de 15 das 18 variáveis analisadas. Pelo emprego da análise fatorial/análise de componentes principais identificou-se que o melhor comportamento das variáveis de qualidade das águas do médio Rio Pomba foi aquele composto por três fatores, explicando 74,30% da variância total. As variações na qualidade da água no médio Rio Pomba foram definidas por um grupo de nutrientes associado ao esgoto doméstico e à poluição difusa; por um grupo orgânico, causado pelo lançamento de esgoto doméstico no curso de água e por um grupo de sólidos em suspensão, expressando o processo de erosão hídrica na bacia.

ABSTRACT The aim of this study was to evaluate the water quality and identify groups of pollution in the Middle Pomba River through multivariate statistical technique. There were two campaigns from Oct/2008 to Jan/2009 in nine geo-referenced points along the Middle Pomba River including the analysis of 18 variables of water quality. The multivariate statistical technique, through the application of factor analysis/principal component analysis, caused a decrease in the number of variables of water quality, since the best performance of the variables occurred with the inclusion of 15 of the 18 variables. By the use of factor analysis/principal components analysis, it was found that the best behavior of the variables of the water quality of the Middle Pomba River waters was the one composed of three factors, explaining 74.30% of the total variance. Changes in water quality of the Middle Pomba River were defined by a group of nutrients associated with sewage and diffused pollution; for an organic group, caused by untreated sewage in the water stream, and by a group of suspended solids, expressing the process of water erosion in the basin.

Informações sobre a capacidade de transporte e dispersão de poluentes solúveis em cursos de água naturais são importantes no gerenciamento dos recursos hídricos, principalmente no planejamento preventivo de medidas que visem a minimizar problemas à saúde pública e às atividades econômicas que dependem do uso da água, ocasionados por despejos acidentais ou intencionais. Considerando tal importância, este trabalho teve como objetivo desenvolver um sistema de alerta para rios, com base em resultados experimentais, utilizando técnicas de traçadores e equações analíticas de transporte unidimensional de poluentes solúveis conservativos, visando a subsidiar a tomada de decisão no gerenciamento dos recursos hídricos. O sistema desenvolvido em linguagem de programação JAVA e banco de dados MySQL permite prever o tempo de percurso da nuvem de poluentes a partir de um ponto de despejo de um poluente e apresenta, graficamente, a distribuição temporal de concentrações da passagem da nuvem, em um determinado local, à jusante do ponto do seu lançamento.

Information about capacity of transport and dispersion of soluble pollutants in natural streams are important in the management of water resources, especially in planning preventive measures to minimize the problems caused by accidental or intentional waste, in public health and economic activities that depend on the use of water. Considering this importance, this study aimed to develop a warning system for rivers, based on experimental techniques using tracers and analytical equations of one-dimensional transport of soluble pollutants conservative, to subsidizing the decision-making in the management of water resources. The system was development in JAVA programming language and MySQL database can predict the travel time of pollutants clouds from a point of eviction and graphically displays the temporal distribution of concentrations of passage clouds, in a particular location, downstream from the point of its launch.