ABSTRACT The identification of areas with greater erosive potential is important for planning soil and water conservation. The objective of this study was to evaluate the physical characteristics of rainfall events in the state of Rio de Janeiro, Brazil, and their interactions with rainfall patterns through multivariate statistical analysis. Rainfall depth, kinetic energy, 30-min intensity (I30), duration of rainfall events, and the erosivity indices KE >10, KE >25, and EI30 in 36 locations (stations) were subjected to principal component analysis (PCA) and canonical discriminant analysis (CDA). Based on evaluation of the respective historical series of hyetographs, it was found that the advanced pattern occurs with highest frequency (51.8 %), followed by the delayed pattern (26.1 %), and by the intermediate pattern (22.1 %). All the evaluated rainfall characteristics have high response capacity in describing localities and rainfall patterns through PCA and CDA. In CDA, the Tukey test (p<0.05) applied to the scores of the first canonical discriminant function (CDF1) allowed differentiation of the stations with respect to the rainfall and erosivity characteristics for the advanced and delayed patterns. In the delayed pattern, the localities of Angra dos Reis, Campos, Eletrobrás, Manuel Duarte, Santa Isabel do Rio Preto, Tanguá, Teresópolis, Vila Mambucaba, and Xerém had the highest CDF1 scores, indicating that they have rainfalls with higher depth, I30, and duration because the standardized canonical coefficient (SCC) and the correlation coefficient (“r”) of these characteristics were positive. The rainfall events in the state of Rio de Janeiro differ from one locality to another in relation to the advanced and delayed rainfall patterns, mainly due to the physical characteristics of rainfall depth, I30, and duration, indicating a higher risk of soil loss and runoff in the localities where rainfall events with the delayed pattern prevail.

Os modelos de predição de perda de solo têm se tornado importantes ferramentas no planejamento conservacionista, sendo, para tanto, fundamental a estimativa local dos parâmetros que influenciam o processo erosivo. O objetivo deste trabalho foi determinar a erodibilidade (fator K) e os fatores manejo e cobertura (fator C) e práticas conservacionistas de suporte (fator P) da Equação Universal da Perda de Solo (USLE), em um Argissolo Vermelho-Amarelo. Foram avaliadas as perdas de solo (PS) ocorridas em parcelas-padrão de Wischmeier, no período de 2006 a 2011, com seus respectivos índices de erosividade (EI30). Valores de erodibilidade foram calculados pelo quociente entre PS e EI30 das chuvas anuais (Ka) e total no período (Kt) e pelo coeficiente angular gerado pela análise de regressão linear entre esses mesmos parâmetros (Kci e Kct). Os fatores C e P foram estimados para a cultura do milho, durante três anos de cultivo em nível (MN). Os valores de Kt e Kct obtidos foram de 0,0090 e 0,0106 Mg ha h ha-1 MJ-1 mm-1, respectivamente. Os valores médios calculados para os fatores C e P são de 0,0070 Mg ha Mg-1 ha-1 e de 0,45, respectivamente, indicando redução de 55 % na perda de solo do MN, em relação ao MMA. Os valores dos fatores K, C e P encontrados podem ser usados como primeira aproximação para estudos de manejo e conservação do solo e da água na região.

The soil loss prediction models have become important tools for conservation planning, being fundamental the local estimation of the parameters that influence the erosion processes. The objective of this work was to determine the soil erodibility (K factor), soil cover and management factor (C factor) and conservation practice factor (P factor) of the Universal Soil Erosion Equation (USLE), in an Ultisol. Soil losses (SL) were measured in Wischmeier standard-plots from 2006 to 2011, with the respective erosivity index (EI30). Soil erodibility was calculated by the ratio of SL and the annual (Ka) and total period EI30 (Kt), considering the angular coefficient generated from the linear regression analysis between those parameters (Kci, for each rainy period, and Kct, for the studied period). The factors C and P were estimated for three years of maize in contour cultivation (MCL) and down in the slope (MDS). The Kt and Kct values were 0.0090 and 0.0106 Mg ha h ha-1 MJ-1 mm-1, respectively. The average calculated values for factors C and P are 0.0070 Mg ha Mg-1 ha-1 and 0.45, respectively, indicating a soil loss reduction of 55 % in MCL, compared to MDS. The values of the factors K, C and P obtained can be used as first approximation to soil and water conservation management projects in the region.

O conhecimento da erosividade das chuvas associada à probabilidade de ocorrência e ao período de retorno pode contribuir para o planejamento conservacionista de uma região, em médio e longo prazo. A fim de gerar informações para melhor utilizar modelos e controle da erosão, dados de chuvas de 30 séries pluviográficas e pluviométricas, abrangendo 25 municípios, entre 1933 e 2006, foram estudados quanto à adequação das séries e do cálculo da probabilidade de ocorrência teórica (P) e período de retorno (T) da erosividade das chuvas (EI30 e KE>25), para o Estado do Rio de Janeiro. Foi feita a espacialização do potencial erosivo associado aos períodos de retorno de 2, 5, 10, 20, 50 e 100 anos para todo o Estado. A erosividade anual média (EI30) ou fator R da USLE para qualquer localidade no Estado do Rio de Janeiro pode ser igualada ou superada pelo menos uma vez, em média, em um período de 1,8 a 2,1 anos, com faixa de 48,5 a 54,9 % de probabilidade de ocorrência teórica. As localidades que apresentam maior erosividade associada aos períodos de retorno estão situadas nas mesorregiões Metropolitanas e em partes das mesorregiões Sul e Centro Fluminense. Foi possível identificar de oito a 12 regiões homogêneas, quanto à distribuição espacial da erosividade associada aos períodos de retorno de dois para 100 anos no Estado. De modo geral, a maior variação da distribuição espacial da erosividade apresenta-se na faixa de período de retorno de dois a cinco anos.

Knowledge on rainfall erosivity associated to occurrence probability and return periods can contribute to conservation planning in the medium and long term. With the objective of generating information for a better use of medium and long-term erosion models and erosion control, rainfall data of 30 pluviometric and pluviographic data sets from 25 cities ranging from 1933 to 2006 were studied in terms of adjustment of data sets, calculation of the probability of theoretical occurrence (P) and return period (T) of rainfall erosivity (EI30 and KE>25) for the State of Rio de Janeiro, as well as the spatialization of erosivity associated to return periods of 2, 5, 10, 20, 50, and 100 years for the whole state. Average annual erosivity (EI30), or "R" factor of USLE, for any location in the state of Rio de Janeiro, can on average be equaled or surpassed at least once in a 1.8-2.1 year period, at a theoretical occurrence probability of 48.5 to 54.9 %. The locations with highest erosivity rates associated to return periods are located in the Metropolitan mesoregions as well as in parts of the South and Center Mesoregions. It was possible to identify 8-12 homogeneous regions of spatial distribution of erosivity associated to the return periods of 2-100 years in the state of Rio de Janeiro. In general, the variation of spatial distribution of erosivity was highest in a return period ranging from two to five years.

A forma mais avançada da erosão hídrica, a voçoroca, constitui um sério problema de diferentes contextos nos meios rural e urbano e, para a busca da estabilização do processo de forma mais viável, é necessário avaliar a eficiência de métodos acessíveis. Nesse sentido, este trabalho objetivou avaliar a eficiência de práticas conservacionistas de baixo custo na redução da perda de solo e nutrientes em erosão por voçorocas no município de Pinheiral, RJ. As áreas estudadas foram: voçoroca recuperada, com estratégias físicas e biológicas; em recuperação, com estratégias físicas; e sem intervenção. Foram realizados: classificação do solo das áreas; levantamento planialtimétrico; determinação da erosividade das chuvas; quantificação dos sedimentos, sua granulometria, e teores dos nutrientes Ca, Mg, K e P pseudototais e C e N totais, referentes ao verão de 2005/2006. Nas três primeiras avaliações, foram quantificados 52,5, 20,5 e 29,0 Mg de sedimentos na voçoroca sem intervenção e 1,0, 1,7 e 1,8 Mg na voçoroca com intervenções físicas, o que significou redução média de 95 %. Na voçoroca recuperada, não houve produção de sedimentos no período. Considerando a perda total nas três voçorocas, a redução foi de 98 % na voçoroca em recuperação e 99 % na voçoroca recuperada. Em relação à perda dos nutrientes na voçoroca sem intervenção, foram quantificados 1.811 kg. Com as medidas físicas e biológicas de controle, foi possível reduzir as perdas em mais de 96 % em relação à voçoroca sem intervenção, considerando todo o período chuvoso. Os resultados mostram que o método utilizado foi eficiente na redução da perda de solo e nutrientes em voçorocas, nas condições do estudo.

The most advanced stage of water erosion, the gully, represents severe problems in different contexts, both in rural and urban environments. In the search for a stabilization of the process in a viable manner it is of utmost importance to assess the efficiency of evaluation methodologies. For this purpose, the efficiency of low-cost conservation practices were tested for the reduction of soil and nutrient losses caused by erosion from gullies in Pinheiral, state of Rio de Janeiro. The following areas were studied: gully recovered by means of physical and biological strategies; gullies in recovering stage, by means of physical strategies only, and gullies under no restoration treatment. During the summer of 2005/2006, the following data sets were collected for this study: soil classification of each of the eroded gully areas; planimetric and altimetric survey; determination of rain erosivity indexes; determination of amount of soil sediment; sediment grain size characteristics; natural amounts of nutrients Ca, Mg, K and P, as well as total C and N concentrations. The results for the three first measurements were 52.5, 20.5, and 29.0 Mg in the sediments from the gully without intervention, and of 1.0, 1.7 and 1.8 Mg from the gully with physical interventions, indicating an average reduction of 95 %. The fully recovered gully produced no sediment during the period. The data of total nutrient loss from the three gullies under investigation showed reductions of 98 % for the recovering gully, and 99 % for the fully recovered one. As for the loss of nutrients, the data indicate a nutrient loss of 1,811 kg from for the non-treated gully. The use of physical and biological interventions made it possible to reduce overall nutrient loss by more than 96 %, over the entire rainy season, as compared to the non-treated gully. Results show that the methods used were effective in reducing soil and nutrient losses from gullies.

O conhecimento das precipitações pluviais máximas diárias e seu período de retorno em uma região são características importantes no dimensionamento de trabalhos de conservação de solos, obras hidráulicas, estradas, etc. No entanto, muitos locais não possuem séries históricas adequadas de precipitação, sendo o uso da interpolação geoestatística uma alternativa para a estimativa de dados visando viabilizar a elaboração de mapas de iso-ocorrência. Nesse contexto, o presente trabalho teve como objetivo avaliar a distribuição das precipitações pluviais máximas diárias anuais para diferentes períodos de retorno para o Estado do Rio de Janeiro por meio de técnicas geoestatísticas. As séries de dados foram provenientes de 119 postos pluviométricos, que apresentavam, em média, 36 anos de observações. Para cada estação foi identificada a chuva média máxima diária anual e, em seguida, foram estimados os eventos associados aos períodos de retorno de 2, 5, 10, 25, 50 e 100 anos por meio da distribuição Gumbel. Com esses conjuntos de dados, foram obtidos os modelos experimentais de semivariogramas. Os resultados revelaram que as chuvas associadas aos seus respectivos períodos de retorno apresentaram dependência espacial, com modelo exponencial e esférico ajustados aos semivariogramas experimentais. A precipitação pluvial máxima média diária anual e os eventos associados aos diferentes períodos de retorno tenderam ser maiores de Norte para Sul e do interior para o litoral no Estado. Entre a Serra do Mar e o litoral observou-se, além do aumento na magnitude dos valores, maior variabilidade espacial à medida que se aumentaram os períodos de retorno. O modelo geoestatístico foi mais errático para maiores períodos de retorno, e para as regiões Norte, Noroeste e da Baixada Litorânea, sendo estes locais recomendados para a instalação de novas estações pluviométricas.

Knowledge of maximum daily rain and its return period in a region is an important tool to soil conservation, hydraulic engineering and preservation of road projects. The objective of this work was to evaluate the spatial variability of maximum annual daily rain considering different return periods, at the Rio de Janeiro State. The data set was composed by historical series of 119 rain gauges, for 36 years of observation. The return periods, estimated by Gumbel distribution, were 2, 5, 10, 25, 50 and 100 years. The spatial variability of the return periods was evaluated by semivariograms. All the return periods presented spatial dependence, with exponential and spherical model fitted to the experimental semivariograms. The parameters of the fitted semivariogram model were very similar; however, it was observed the presence of higher nugget effects for semivariograms of longer return periods. The values of maximum annual daily average rain in all the return periods increased from north to south and from countryside to the coast. In the region between the Serra do Mar range and the coast, besides increasing in magnitude, an increase in the spatial variability of the studied values with increasing return periods was also noticed. This behavior is probably caused by the orographic effect. The interpolated maps were more erratic for higher return periods and at the North, Northeast and Coastal Plain regions, in which the installation of new pluviometric stations are recommended.

As características físicas das chuvas determinam sua erosividade, que constitui importante fator nas relações de causa e efeito do processo erosivo dos solos, sendo sua caracterização fundamental para o planejamento conservacionista. Este trabalho foi realizado com o objetivo de avaliar a distribuição dos atributos das chuvas (altura precipitada, duração, energia cinética, intensidade máxima em 30 min) e índices de erosividade (EI30 e KE > 25) em relação aos meses do ano e padrões de precipitação pluvial, para uma série de dados pluviográficos referentes à região de Ribeirão das Lajes (RJ). Os dados foram analisados em delineamento inteiramente casualisado em esquema fatorial do tipo 12 (meses) x 3 (padrões), e também, por meio da análise multivariada de componentes principais (ACP). Com os resultados obtidos, foi possível constatar que: o EI30 anual de 6.772,04 MJ mm ha-1 h-1 está concentrado de novembro a março, representando 81,3 % do total. De acordo com a técnica de ACP, as características das chuvas e índices de erosividade que estiveram mais correlacionadas com os meses e padrões de precipitação pluvial, foram: energia cinética, EI30, KE > 25, altura precipitada e I30. Os padrões de precipitação pluvial avançado e atrasado predominam na época mais chuvosa e na mais seca, respectivamente; e a ACP permitiu separar de forma adequada as características das chuvas e erosividade ao longo do ano e padrões de precipitação pluvial para Ribeirão das Lajes.

The rainfall characteristics determine erosivity, which is an important factor in the cause - effect relationship in soil erosion. The characterization of rainfall is therefore of fundamental importance for conservation planning. The present study aimed to evaluate the distribution of rainfall characteristics (depth, duration, kinetic energy, maximum intensity in 30 min) and erosivity indexes (EI30 and KE > 25) in relation to the months of the year and to precipitation patterns for a series of pluviographic data in the region of Ribeirão das Lajes, Rio de Janeiro state, Brazil. The data were analysed by univariate variance analysis in a completely randomized design in a 12 (months) x 3 (precipitation patterns) factorial scheme, as well as by principal component multivariate analysis (PCA). Results led to the conclusion that: 81.3 % of the total annual EI30 of 6,772.04 MJ mm ha-1 h-1 was concentrated in the period from November to March. In agreement with the ACP technique, the rainfall characteristics and erosivity index that most closely correlated with the months and precipitation patters were kinetic energy, EI30, KE > 25, depth, and maximum intensity in 30 min. The patterns of early and delayed rainfall predominated in the moist and in the dry periods, respectively; The PCA showed a clear separation of rainfall characteristics and erosivity along the year, and rainfall patterns for the region of Ribeirão das Lajes.