RESUMO O dimensionamento adequado de estruturas hidráulicas é dependente das estimativas de vazões máximas. A escassez no monitoramento hidrológico no Brasil tem levado ao uso de métodos de regionalização. O principal objetivo do presente estudo foi desenvolver uma ferramenta via função regional para a estimativa das vazões máximas e seus respectivos tempos de retorno, com o suporte de técnicas baseadas no método dos momentos-L, com vistas a aplicações adequadas da engenharia hidrológica e da gestão de risco de cheias. As séries de vazão máxima diária anual foram ajustadas às funções densidade de probabilidade tradicionais de 2 parâmetros (Normal, 2-parameter Log-Normal, Gumbel, Gamma) e multiparâmetros (GEV and Kappa), baseando-se no método dos momentos-L, as quais foram utilizadas no desenvolvimento da função regional pelo método da curva adimensional. A capacidade preditiva da função regional foi determinada por validação cruzada para diferentes tempos de retorno. Pode-se concluir que a abordagem baseada nos momentos-L no ajuste da função regional foi satisfatória. Além disso,a função regional: i) foi aperfeiçoada quando as distribuições multiparâmetros acima mencionadas foram usadas e ii) foi classificada como ótima para tempos de retorno de até 100 anos sendo útil a projetos práticos de engenharia e na gestão de cheias.

ABSTRACT The proper design of hydraulic structures depends on estimates of maximum stream flows. The scarce stream flow monitoring in Brazil has led to the use of regionalization methods. The main objective of this study was to develop a tool via regional function to estimate maximum stream flows and their corresponding return periods (RP) with the aid of techniques based on the L-moments method, seeking for adequate hydrologic engineering applications and flood risk management. Annual maximum stream flow historical series were adjusted to traditional 2-parameter probability density functions (PDFs) (Normal, 2-parameter Log-Normal, Gumbel, Gamma) and multiparameter PDFs (GEV and Kappa), based on the L-moments method, which were used in the development of the regional function employing the dimensionless curve method. The regional function’s predictive capability was determined by cross-validation for different RPs. It can be concluded that the approach based on L-moments was successfully used to adjust the regional function. In addition, the regional function: i) was improved when using the aforementioned multiparameter PDFs and ii) was framed as optimum for RP of up to 100 years and considered useful for practical engineering projects and flood risk management.

A análise do comportamento da precipitação e sua interação nas diferentes etapas do ciclo hidrológico em bacias hidrográficas florestadas são essenciais para a determinação do balanço hídrico, devido à sua relevante participação nos processos hidrológicos e à sua variação espaço-temporal em função de fatores edáficos, topográficos, climáticos e de vegetação. Devido à heterogeneidade da Mata Atlântica, aliada à variabilidade espaço-temporal da precipitação, tornam-se fundamentais mecanismos que permitam a descrição, bem como a interligação dos componentes do balanço hídrico nesse ambiente. Nesse contexto, este estudo foi realizado com o objetivo de analisar a partição da precipitação pluvial em uma microbacia hidrográfica inteiramente ocupada por um remanescente de Mata Atlântica, durante os anos hidrológicos de 2009-2010 e de 2010-2011, correlacionando-a com a evolução sazonal dos ecossistemas, identificada pela aplicação das diferenças dos índices de vegetação por diferença normalizada (IVDN). Observou-se maior percentual de precipitação interna em períodos com menores precipitações. Constatou-se também maior capacidade de armazenamento de água do dossel vegetativo da Mata Atlântica no período chuvoso. Ainda, foi verificada correlação entre a capacidade de armazenamento de água do dossel da Mata Atlântica e a regeneração vegetal sinalizada pelo IVDN, podendo-se associar este comportamento aos processos responsáveis pelo desenvolvimento da Mata Atlântica.

The analyze of pluvial precipitation and its interaction on the different hydrologic cycle phases in forested watersheds are essential in order to water balance characterization due to its relevant participation in the hydrological processes and to its spatial-temporal variability as function of edaphic, topographic, climatic and vegetation elements. Due to heterogeneity of Atlantic Forest associated to temporal and spatial variability of pluvial precipitation regime, the study of mechanisms that allow describing and linking the hydrological cycle elements are very important. This way, the objective of this study was to analyze the partitioning of pluvial precipitation at a micro-catchment entirely occupied by Atlantic Forest remnant, in Mantiqueira Range, during 2009/2010 and 2010/2011 hydrological years, relating it with the seasonal evolution of this ecosystem which was monitored by the application of normalized difference vegetation indexes (NDVI). It was observed greater percentage of internal pluvial precipitation during the periods with less rainfall. It was also verified greater water storage capacity of the Atlantic Forest's canopy throughout rainy season. Yet, a plausible correlation was obtained between water storage capacity of Atlantic Forest and the regeneration of vegetation demonstrated by NDVI what can be associated to the processes responsible for Atlantic Forest's growth.

O objetivo deste trabalho foi avaliar tendências das temperaturas mínimas e máximas no Estado de Minas Gerais. Foram avaliados dados de 43 municípios, tendo-se considerado as escalas anual e sazonal - janeiro, abril, julho e outubro, que representam os meses centrais de verão, outono, inverno e primavera, respectivamente. Séries históricas de temperaturas mínimas e máximas do ar diárias, com extensão mínima de 30 anos, foram analisadas com base no teste de Mann-Kendall e no uso de regressão linear simples. As tendências foram consideradas significativas somente quando ambas as avaliações foram significativas; neste caso, determinaram-se as taxas de alteração das temperaturas. Houve boa concordância entre os testes de significância para a detecção de tendências nas séries históricas, na maioria dos municípios. Observou-se tendência de elevação das temperaturas mínimas em julho de até 1,5ºC por década, com tendências generalizadas de aumento na maior parte do estado, em outubro e janeiro, e também na escala anual. Exceções foram verificadas especialmente em municípios de maiores altitudes, em que as temperaturas mínimas diminuíram no inverno. Há predominância de municípios com tendência significativa de aumento de temperaturas, independentemente da escala de avaliação. Tendências de aumento nas temperaturas são esperadas mais comumente no sentido sul-norte do Estado de Minas Gerais.

The objective of this work was to evaluate the trends in minimum and maximum air temperatures in the state of Minas Gerais, Brazil. Data from 43 municipalities were analyzed, considering annual and seasonal scales - January, April, July, and October, which represent the middle months of summer, autumn, winter, and spring, respectively. Historical series of minimum and maximum daily air temperatures, from at least 30 year, were analyzed by the Mann-Kendall test and linear regressions. Trends were considered significant only if both evaluations were significant; in this case, the rates of temperature shift were determined. There was good agreement between the statistical tests for detecting trends in the historical series, for most municipalities. An increasing temperature trend of up to 1.5ºC per decade was observed for minimum temperatures in July, with generalized increasing trends in the greatest part of the state in January and October, and also in the annual scale. Exceptions were verified mainly in municipalities at higher altitudes, in which minimum air temperatures decreased in winter. There is a predominance of municipalities with significant increasing temperature trend, regardless of the evaluation scale. Increasing temperature trends are expected to be more common in the south to north direction, in the state of Minas Gerais.

A manutenção da qualidade dos recursos hídricos é de suma importância para a preservação ambiental e qualidade de vida dos usuários, sendo hoje, um dos grandes desafios da humanidade. O uso do solo pelas atividades agropecuárias altera sensivelmente os processos biológicos, físicos e químicos dos sistemas naturais. Neste estudo, foram monitoradas duas sub-bacias localizadas na Serra da Mantiqueira, onde foram coletadas amostras de água para análise entre junho de 2010 e maio de 2011, com periodicidade mensal. As duas sub-bacias apresentam distintas coberturas vegetais, sendo uma predominantemente sob pastagem e outra inteiramente sob Mata Atlântica. Foram analisados os seguintes indicadores associados à qualidade de água: turbidez, pH, condutividade elétrica, sólidos dissolvidos totais, oxigênio dissolvido, temperatura, nitrato, fosfato, DBO, DQO, coliformes totais e fecais e a vazão dos cursos d'água. Os resultados das análises mostraram que a degradação da qualidade da água em ambos os ambientes monitorados, coincidiu com o período chuvoso na região, influenciada pelo transporte de material orgânico aos cursos d'água, pelo escoamento superficial direto. As elevadas concentrações de coliformes fecais afetaram a qualidade dos cursos d'água, principalmente no período chuvoso e estão associadas à agropecuária, principal atividade econômica exercida na região. No entanto, o ambiente sob Mata Atlântica apresentou, estatisticamente, uma melhor qualidade de água ao longo do tempo em relação ao ambiente sob pastagem, devido à maior proteção que a mesma exerce ao escoamento superficial.

Maintaining the quality of water resources is of great importance for environmental preservation and the quality of life of consumers, and is one of the greatest challenges facing humanity today. Land-use for agriculture and animal farming significantly changes the biological, physical and chemical characteristics of natural systems. This study comprised monitoring of two subbasins located in the Mantiqueira Range region, from which water samples were collected on a monthly basis between June 2010 and May 2011 for analysis. Each subbasin has a distinct vegetation cover, one being predominantly covered by pastureland and the other being entirely covered by Atlantic Forest. The following water quality indicators were analyzed: turbidity, pH, electrical conductivity, total dissolved solids, dissolved oxygen, temperature, nitrate, phosphate, BOD,COD, total and fecal coliforms, and respective discharge measurement. The results showed that water quality degradation in both environments coincided with the local rainy season and was influenced by transport of organic material to watercourses by direct surface runoff. The high concentrations of fecal coliforms found affected the water quality, particularly in the rainy season, and are associated with agriculture and animal farming, the main economic activities in the region. The Atlantic Forest environment, however, had statistically better water quality over time in relation to the pastureland environment, due to the buffering it provides to direct surface runoff.

A utilização de um grande número de indicadores de qualidade de água torna oneroso o monitoramento dos corpos hídricos a longo tempo. Nesse sentido, a Análise de Componentes Principais (ACP) pode ser considerada como uma técnica promissora de grande auxílio na gestão dos recursos hídricos, pois permite diminuir a dimensionalidade dos dados, facilitando a sua análise. Neste estudo, objetivou-se obter um índice de qualidade de água (IQA) para a região das nascentes do Rio Grande, na Serra da Mantiqueira, Minas Gerais. Na composição do IQA, foi realizada a normalização dos resultados de indicadores de qualidade de água advindos de uma sub-bacia sob a Mata Atlântica e outra predominantemente sob pastagem. Esses valores normalizados foram submetidos a uma ACP e, posteriormente, foi efetuado o cálculo do IQA. Os indicadores com maiores pesos, segundo a ACP, foram o coliforme total, nitrato, coliforme termotolerante, demanda química de oxigênio e temperatura. A sub-bacia sob Mata Atlântica apresentou os melhores resultados de IQA, denotando a importância desse tipo de ambiente na manutenção da qualidade da água dos mananciais na região da Serra da Mantiqueira.

The use of a large number of water quality indicators increases the costs of streamflow monitoring throughout the time. Principal Component Analysis (PCA) can be considered a promised tool for water resources management, allowing a reduction in the dimensionality of the data and facilitating their analyses. This study aimed to obtain a water quality index (WQI) to characterize the Mantiqueira Range region. Water quality indicators from a sub-basin entirely occupied by Atlantic Forest and from another predominantly occupied by pasture were normalized and used to compose the WQI. The normalized values were submitted to a PCA evaluation and the WQI was then calculated. The Indicators with greatest weight, according to the PCA, were total coliform, nitrate, fecal coliform, chemical oxygen demand and temperature. The Atlantic forest sub-basin presented the best WQI results, demonstrating the importance of the forested environment in the maintenance of water quality in springs of the Mantiqueira Range region.

A caracterização espacial de atributos do solo é fundamental para o entendimento de ecossistemas florestais. Neste trabalho, objetivoi-se desenvolver um estudo geoestatístico de atributos químicos e físicos do solo em três profundidades (P1 - 0-20 cm; P2 - 20-50 cm; P3 - 50-100 cm), em uma Microbacia Hidrográfica Experimental inteiramente coberta por Mata Atlântica, na região Serra da Mantiqueira, Minas Gerais. Todas as variáveis consideradas apresentaram estrutura de dependência espacial nas três profundidades, sendo que os maiores graus de dependência espacial foram observados para pH nas três profundidades, capacidade de troca de cátions potencial do solo em P3, matéria orgânica do solo em P1 e P3 e argila e densidade do solo em P2. O método mais utilizado para ajuste foi o da Máxima Verossimilhança e o modelo mais selecionado foi o Exponencial. Além disso, os mapas de krigagem permitiram boa visualização da distribuição espacial das variáveis.

The spatial characterization of soil attributes is fundamental for the understanding of forest ecosystems. The objective of this work was to develop a geostatistical study of chemical and physical soil attributes at three depths (D1 - 0-20 cm; D2 - 20-50 cm; D3 - 50-100 cm), in an Experimental Hydrographic Micro-catchment entirely covered by Atlantic Forest, in the Mantiqueira Range region, Minas Gerais. All the considered variables presented spatial dependence structure in the three depths, and the largest degrees of spatial dependence were observed for pH in the three depths, soil cation exchange capacity potential in D3, soil organic matter in D1 and D3 and clay and soil bulk density in D2. The method most used for the adjustments of semi-variogram models was the Maximum Likelihood and the most selected model was the Exponential. Furthermore, the ordinary kriging maps allowed good visualization of the spatial distribution of the variables.

A umidade volumétrica do solo possui alta variabilidade espacial e temporal devido à influência de vários fatores ambientais e de uso do solo. Desse modo, seu entendimento assume papel fundamental na modelagem dos processos que envolvem o escoamento superficial, a erosão do solo e o transporte de sedimentos. Nesse contexto, objetivou-se neste estudo avaliar o padrão espacial e temporal da umidade volumétrica na camada superficial do solo, nas diferentes estações do ano, em uma bacia hidrográfica experimental, com predominância de latossolos, localizada na região Sul de Minas Gerais. Para isso, utilizou-se o conceito de estabilidade temporal e escalonamento de semivariogramas, o qual possibilitou a comparação da estrutura espacial dos modelos de semivariogramas ajustados. Foi possível detectar forte dependência espacial da umidade do solo na bacia hidrográfica, com grau de dependência sempre acima de 80 %, e os semivariogramas escalonados mostraram semelhanças no padrão espacial no verão e no outono e diferenças em relação ao inverno e à primavera. Dessa forma, constatou-se que houve diferença no padrão espacial da umidade do solo ao longo do ano, contudo maior homogeneidade no período chuvoso (verão). Ocorreu variação no padrão temporal de umidade do solo de acordo com as estações do ano, sendo verificada tendência nos dados de inverno e primavera, demonstrada pelo teste de Spearman. Devido às diferenças verificadas no padrão espaçotemporal da umidade do solo ao longo das estações do ano, quatro pontos distintos foram identificados, um em cada estação, para implantação de monitoramento permanente desse atributo do solo na bacia hidrográfica.

The spatial and temporal variability of soil moisture is high due to the influence of several environmental features and the land-use. The understanding of this variability plays a fundamental role in the modeling of surface runoff, soil erosion and sediment transport. This study aimed to evaluate the spatial and temporal patterns of surface soil moisture over the annual seasons, in a watershed with predominance of Oxisols in the south of the State of Minas Gerais. For this purpose, the temporal stability concept was used as well as semivariogram models to compare the spatial structure of the adjusted semivariogram models. It was possible to detect a strong spatial dependence of soil moisture in the watershed, with a spatial dependence degree of > 80 %. Besides, spatial pattern of the scaled semivariograms was similar for summer and fall, and different for winter and spring. Based on these results, the spatial patterns of soil moisture differed over the year, and were most homogenous in the rainy season (summer). Differences in the temporal patterns of soil moisture according to the season were verified, and also, the Sperman Test demonstrated a temporal bias in soil moisture i winter and spring.

A umidade do solo é essencial para o entendimento do ciclo hidrológico, uma vez que controla a geração do escoamento superficial, infiltração de água no solo, evaporação do solo e transpiração das plantas. Este trabalho objetivou analisar os padrões espaciais da umidade superficial do solo e caracterizar a média e o desvio padrão espaciais da mesma ao longo do tempo em uma bacia hidrográfica experimental localizada na Serra da Mantiqueira, MG. As medidas da umidade superficial do solo foram conduzidas a cada 15 dias, entre Maio/2007 e Maio/2008, usando um equipamento TDR portátil, em 69 pontos amostrados na camada de 0-20 cm. Procedimentos geoestatísticos foram aplicados em todas as etapas do trabalho. Primeiramente, a continuidade espacial foi avaliada modelando-se o semivariograma experimental. Mapas de umidade do solo foram desenvolvidos com base na cokrigagem usando o padrão de declividade como variável secundária. O regime de chuvas controlou a umidade superficial do solo durante o período úmido, devido aos altos conteúdos de umidade. O uso do solo também foi outro fator fundamental na distribuição espacial da umidade do solo. O desvio padrão espacial apresentou baixos valores sob condições secas e valores mais altos sob condições úmidas.

Soil water content is essential to understand the hydrological cycle. It controls the surface runoff generation, water infiltration, soil evaporation and plant transpiration. This work aims to analyze the spatial distribution of top soil water content and to characterize the spatial mean and standard deviation of top soil water content over time in an experimental catchment located in the Mantiqueira Range region, state of Minas Gerais, Brazil. Measurements of top soil water content were carried out every 15 days, between May/2007 and May/2008. Using time-domain reflectometry (TDR) equipment, 69 points were sampled in the top 0.2 m of the soil profile. Geostatistical procedures were applied in all steps of the study. First, the spatial continuity was evaluated, and the experimental semi-variogram was modeled. For the development of top soil water content maps over time a co-kriging procedure was used having the slope as a secondary variable. Rainfall regime controlled the top soil water content during the wet season. Land use was also another fundamental local factor. The spatial standard deviation had low values under dry conditions, and high values under wet conditions. Thus, more variability occurs under wet conditions.

A descrição de processos hidrológicos é relativamente complexa, principalmente da variação do conteúdo de água no solo, devido à influência de fatores edáficos, topográficos, climáticos e de vegetação. Em condições de campo, a estimativa do conteúdo de água no solo requer um plano de amostragem adequado, considerando as variações no tempo e no espaço. Visando representar adequadamente o conteúdo de água no solo com reduzido esforço amostral e custo, o conceito de estabilidade temporal tem sido muitas vezes empregado. Este estudo foi realizado com o objetivo de analisar a estabilidade temporal do conteúdo de água na camada superficial do solo (0-0,20 m de profundidade), sob diferentes usos do solo, em uma bacia hidrográfica experimental da região da Serra da Mantiqueira, Minas Gerais, nos períodos de estiagem e chuvoso, estimando os pontos mais representativos para essa determinação. Houve maior estabilidade temporal do conteúdo de água no solo na área de vegetação de várzea, menor na área ocupada por Mata Atlântica e intermediária na área de pastagem. Ocorreram, também, variações significativas da diferença relativa média entre os períodos de medição, concluindo-se que as características de cada área devem ser consideradas particularmente para escolha dos pontos. Na área de pastagem, foi possível identificar apenas um ponto para monitoramento tanto para o período chuvoso como para o de estiagem. Por outro lado, nas áreas de Mata Atlântica e vegetação de várzea foram identificados dois pontos, sendo um especificamente para o período chuvoso e outro para o período de estiagem, sendo recomendada uma análise individual específica para cada estação.

The description of soil hydrological processes is relatively complex, especially in the case of moisture, which is influenced by edaphic, topographic, climatic and vegetation factors. Under field conditions, an adequate sampling strategy is required to estimate soil moisture, considering variations in time and space. To represent the soil moisture adequately with less sampling effort and cost, the concept of temporal stability has often been applied. This study was carried out with the objective of analyzing the temporal stability of the surface soil moisture (0-0.20 m layer) under three land uses in an experimental area in a catchment of the Mantiqueira Range region, state of Minas Gerais, Brazil, in the dry and rainy seasons, identifying the most representative points for monitoring. Greatest temporal stability was observed in the wetland, less under Atlantic Forest and intermediate in a pasture area. Significant variation was also observed in the mean relative difference between the sampling periods, indicating that the characteristics of each site should be particularly considered to choose the points. In the pasture area, only one point could be identified to monitor both periods (rainy and dry). On the other hand, in the Atlantic Forest and wetland areas two points were identified, one specifically for the rainy and the other for the dry season; so an individual analysis for each season is recommended.