Physical parameters of the cachimbal river sub-basin associated to landscape change in Pinheiral-RJ, Brazil / Parâmetros físicos da sub-bacia do rio cachimbal associada à mudança de paisagem em Pinheiral-RJ, Brasil

The objective of this study was to characterize the physical parameters of the Cachimbal River Watershed, located in Pinheiral, Rio de Janeiro State, Brazil, and to use the resulting data to identify degradation risks. To achieve this purpose, a Hydrologically Consistent Digital Elevation Model (HCDEM) was generated using contour line, river path, and area boundary data extracted from topographic maps of the cities of Volta Redonda (Page SF-23-ZAV-2) and Piraí (Page SF-23-Z-VI-1). These maps were obtained from the Brazilian Institute of Geography and Statistics, and were rendered at a scale of 1:50,000 ArcGISs version 10.5 software was used to generate the HCDEM, from which the physical parameters were extracted. Results showed that the altitude of the area ranges from 360 m to 740 m, while the slope varies heterogeneously from 6% to 28%. The sub-basin has a total area of 104.15 km², a perimeter of 63.41 km, a main channel length of 21.79 km, and a 5th-order dendritic drainage network. Other parameters include a compactness coefficient of 1.74, a form factor of 0.34, and a circularity ratio of 0.33. These values indicate that the sub-basin is not prone to floods because of its elongated shape. Meanwhile, drainage density was 2.60 km km-2, while river density was 5.5 channels km-2; these parameters indicate excellent performance and high potential to generate new channels. Although the roughness coefficient indicates that the area is suitable for agricultural development, the roughness index demonstrates the need to adopt more nuanced agricultural practices that account for the particular features of the area, such as topographic variation and soil characteristics.

O objetivo deste estudo foi caracterizar os parâmetros físicos da sub-bacia hidrográfica do ribeirão Cachimbal, Pinheiral-RJ, Brasil, a fim de se identificar os riscos à degradação. Para isso foi gerado o Modelo Digital de Elevação Hidrologicamente Consistente (MDEHC) através a partir das cartas topográficas dos municípios de Volta Redonda (Folha SF-23-Z-A-V-2) e Piraí (Folha SF-23-Z-VI-1), obtidas no Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística na escala de 1:50.000, onde foram extraídas as curvas de nível, rios e limite. A confecção foi realizada utilizando o software ArcGIS versão 10.5. A obtenção dos parâmetros físicos foi realizada sob o MDEHC. Verificou-se que a altimetria varia de 360m a 740m e a declividade de 6% a 28%, estando elas apresentando padrão de distribuição heterogêneo. A sub-bacia possui área total de 104.15 km², perímetro de 63.41 km, com comprimento do canal principal de 21.79 km e rede de drenagem de 5ª ordem, com padrão dendrítico; coeficiente de compacidade (Kc) de 1.74; coeficiente de forma (Kf) de 0.34, índice de circularidade (IC) de 0.33; que indicam que a sub bacia não apresenta propensão a enchentes, pois possui formato alongado. Os valores encontrados para densidade de drenagem (Dd) foram de 2.60 km km-2 e a para densidade hidrográfica (Dh) de 5.5 canais km-2, o que classificou a área com Dd muito boa e Dh com elevado potencial para gerar novos canais. Dessa forma o escoamento superficial ocorre de forma lenta, e a formação de processos erosivos ocorre gradualmente. Apesar do coeficiente de rugosidade (Cr) indicar aptidão agrícola para agricultura, o índice de rugosidade (Ir) verificado, demonstra a necessidade da adoção de um conjunto de práticas agrícolas mais conservacionistas, levando em levando em consideração as particularidades da área, com destaque para as variações do relevo e características do solo associadas à paisagem da bacia hidrográfica.

Caracterização hidrológica e influência da cobertura do solo nos parâmetros de vazão do Rio das Fêmeas / Hydrological characterization and influence of the land cover on Fêmeas River flow parameters

RESUMO Nesta pesquisa realizou-se a caracterização pluvi-fluviométrica da Bacia do Rio das Fêmeas em São Desidério (BA) e avaliaram-se as modificações das vazões, considerando a presença de uma Pequena Central Hidrelétrica (PCH) e as alterações na cobertura do solo. Selecionaram-se as estações da rede da Agência Nacional de Águas (ANA) para análise dos dados históricos de vazão e precipitação (1985-2013); utilizaram-se imagens dos satélites Landsat 5 e IRS-P6 (RESOURCESAT-1) dos anos 1985, 1995, 2000, 2005, 2008, 2011 e 2012 para classificação supervisionada da cobertura do solo em duas classes distintas: áreas com vegetação natural e áreas com interferências antrópicas, cujas regiões possuíam algum tipo de uso. Além disso, foram avaliadas as alterações das vazões medianas e médias anuais antes e após a instalação da PCH. Os resultados deste trabalho mostraram que os dados anuais médios de vazão, ao longo do tempo, reduziram com uma magnitude maior que os dados médios anuais de precipitação na bacia estudada. Em relação à ocupação do solo, a área antropizada aumentou ao longo do tempo. Diante deste estudo verificou-se que a presença do reservatório da PCH possibilitou redução nos picos de vazões máximas e aumento nos valores baixos das vazões mínimas. No período pós-PCH ocorreram vazões médias e medianas inferiores ao período pré-PCH. Entretanto, estes resultados foram influenciados pela combinação do aumento das atividades antrópicas com a variação da precipitação média anual na bacia.

ABSTRACT In this research it was studied a pluvi-fluviometric characterization and the flow rates changes of Fêmeas River basin located in São Desidério (BA), considering the presence of a PCH and the cover soil alterations. Therefore the network stations of the Agência Nacional de Águas were selected to analyze the rainfalls and flows historical data (from 1985 to 2013); LandSat 5 and IRS-P6 (RESOURCESAT-1) satellite images of 1985, 1995, 2000, 2005, 2008, 2011 and 2012 years were used for land cover classification in two classes: natural; and areas with anthropic influence, in whose regions there was some kind of use; and the changes in the median and average annual flows before and after the PCH installation were evaluated. The results of this research showed that the annual average flow data over the study period reduced in a magnitude higher than the annual average rainfall data. In relation to the soil land use, the anthropic area increased over time. With this study it was found that the presence of the PCH reservoir allowed a reduction in the maximum and minimum flow rates peak. It was observed that in the post-PCH period both average and median flow rate data were lower than that those measured in the pre-PCH period. Nevertheless, these results were influenced by the combination of the human activities that increased over time and the annual average rainfall data variation in the basin.

Irrigation canals in Melo creek basin (Rio Espera and Capela Nova municipalities, Minas Gerais, Brazil): habitats to Biomphalaria (Gastropoda: Planorbidae) and potential spread of schistosomiasis / Canais de irrigação na bacia do ribeirão do Melo (Municípios de Rio Espera e Capela Nova, Minas Gerais, Brasil): habitats para a proliferação de Biomphalaria (Gastropoda: Planorbidae) e potencial disseminação da esquistossomose

Abstract This study analyzed the presence of Biomphalaria in Melo creek basin, Minas Gerais state, and its relationship to irrigation canals. Seventeen of these canals were used to determine a limnological, morphological and hydrological characterization during an annual seasonal cycle. Biomphalaria samples were sent to René Rachou Research Center/FIOCRUZ for identification and parasitological examination. Six canals were identified as breeding areas for mollusks and in one of them it was registered the coexistence of B. tenagophila (first report to this basin) and B. glabrata species. Results indicated that the low flow rate and speed of water flow were the main characteristics that contributed to this specific growth of the mollusks in the area. These hydraulic characteristics were created due to anthropogenic action through the canalization of lotic areas in Melo creek, which allowed ideal ecological conditions to Biomphalaria outbreak. The results emphasize the need of adequate handling and constant monitoring of the hydrographic basin, subject to inadequate phytosanitary conditions, aiming to prevent the occurrence and propagation of schistosomiasis.

Resumo Neste estudo avaliou-se a presença de espécies de Biomphalaria na bacia do Ribeirão do Melo, municípios de Rio Espera e Capela Nova, sudeste do estado de Minas Gerais, e sua relação com os canais de irrigação presentes na região. Em 17 desses canais foi realizada uma caracterização limnológica, morfológica e hidrológica durante um ciclo sazonal anual. Espécimes de Biomphalaria foram coletados e encaminhados ao Centro de Pesquisas René Rachou/FIOCRUZ (Belo Horizonte, MG) para identificação e exame parasitológico. Dos 17 canais estudados, foram identificados seis como criadouros do caramujo, sendo que em um dos canais coexistiam as espécies B. tenagophila (primeiro registro para a bacia) e B. glabrata. Os resultados indicaram que a baixa vazão e a velocidade do fluxo foram os fatores que contribuíram para a ocorrência pontual dos caramujos na bacia. Estas características hidrológicas foram modificadas por ação antropogênica, através da canalização de trechos lóticos do ribeirão do Melo. Os resultados destacam a necessidade do manejo adequado e monitoramento constante da bacia hidrográfica, sujeita a condições sanitárias inadequadas, como forma de prevenção da ocorrência e propagação da esquistossomose.

Modeling pollution potential input from the drainage basin into Barra Bonita reservoir, São Paulo – Brazil / Modelagem do potencial de contribuição da bacia de drenagem para a poluição da qualidade da água do reservatório de Barra Bonita, São Paulo – Brasil

In this study multi-criteria modeling tools are applied to map the spatial distribution of drainage basin potential to pollute Barra Bonita Reservoir, São Paulo State, Brasil. Barra Bonita Reservoir Basin had undergone intense land use/land cover changes in the last decades, including the fast conversion from pasture into sugarcane. In this respect, this study answers to the lack of information about the variables (criteria) which affect the pollution potential of the drainage basin by building a Geographic Information System which provides their spatial distribution at sub-basin level. The GIS was fed by several data (geomorphology, pedology, geology, drainage network and rainfall) provided by public agencies. Landsat satellite images provided land use/land cover map for 2002. Ratings and weights of each criterion defined by specialists supported the modeling process. The results showed a wide variability in the pollution potential of different sub-basins according to the application of different criterion. If only land use is analyzed, for instance, less than 50% of the basin is classified as highly threatening to water quality and include sub basins located near the reservoir, indicating the importance of protection areas at the margins. Despite the subjectivity involved in the weighing processes, the multi-criteria analysis model allowed the simulation of scenarios which support rational land use polices at sub-basin level regarding the protection of water resources.

Este estudo aplica ferramentas de modelagem multicritério para mapear a distribuição espacial do potencial de contribuição da bacia de drenagem para a poluição do reservatório de Barra Bonita, Estado de São Paulo, Brasil. A bacia de drenagem Barra Bonita passou por intensas alterações no uso e cobertura da terra, incluindo um rápido aumento na conversão de pastagens em cana-de-açúcar nas últimas décadas. Assim sendo, este estudo contribui com a demanda de informação sobre os fatores (critérios) que afetam o potencial de poluição das bacias de drenagem através da construção de um Sistema de Informação Geográfica (SIG), com sua distribuição espacial ao nível de sub-bacia. A base de dados foi alimentada por diversos órgãos públicos, que forneceram informações georreferenciadas sobre a geomorfologia da bacia de drenagem, pedologia, geologia, rede de drenagem e precipitação. Imagens do satélite Landsat e ferramentas de geoprocessamento permitiram a obtenção do mapa de uso e cobertura da terra referente ao ano de 2002. Especialistas definiram as classificações e pesos de cada critério subsidiando o processo da modelagem. Obteve-se que o potencial sub-bacia para poluir o reservatório varia amplamente de um critério para o outro. Se somente o uso da terra for analisado, por exemplo, menos de 50% da área da bacia é classificada como tendo alto potencial de poluição da água do reservatório em questão. Essa área de alto potencial, nesse caso está associada às regiões mais próximas ao reservatório, indicando ser crucial a criação de áreas e preservação em sub-bacias próximas às margens do reservatório. Apesar da subjetividade envolvida no processo de ponderação, a análise multi-critério utilizada nesta pesquisa mostrou ser uma importante ferramenta para simulação de cenários que possam fornecer suporte às políticas de ordenamento e uso adequado da terra em nível de sub-bacia, visando à proteção dos recursos hídricos.

Application of the Soil and Water Assessment Tool (SWAT Model) on a small tropical island (Great River Watershed, Jamaica) as a tool in Integrated Watershed and Coastal Zone Management / Aplicación de la herramienta de evaluación de suelo y agua (modelo SWAT) en una isla tropical pequeña (Gran Cuenca del Río, Jamaica) como una herramienta en la gestión integral de cuencas y manejo de la zona costera

The Great River Watershed, located in north-west Jamaica, is critical for development, particularly for housing, tourism, agriculture, and mining. It is a source of sediment and nutrient loading to the coastal environment including the Montego Bay Marine Park. We produced a modeling framework using the Soil and Water Assessment Tool (SWAT) and GIS. The calculated model performance statistics for high flow discharge yielded a Nash-Sutcliffe Efficiency (NSE) value of 0.68 and a R² value of 0.70 suggesting good measured and simulated (calibrated) discharge correlation. Calibration and validation results for streamflow were similar to the observed streamflows. For the dry season the simulated urban landuse scenario predicted an increase in surface runoff in excess of 150%. During the wet season it is predicted to range from 98 to 234% presenting a significant risk of flooding, erosion and other environmental issues. The model should be used for the remaining 25 watersheds in Jamaica and elsewhere in the Caribbean. The models suggests that projected landuse changes will have serious impacts on available water (streamflow), stream health, potable water treatment, flooding and sensitive coastal ecosystems.

Aplicación de la herramienta de evaluación de suelo y agua (modelo SWAT) en una isla tropical pequeña (Gran Cuenca del Río, Jamaica) como una herramienta en la gestión integral de cuencas y manejo de la zona costera. La gran cuenca del Río Grande, ubicada en el noroeste de Jamaica, crítico para el desarrollo, particularmente para vivienda, turismo, agricultura y minería. Es una fuente de sedimentos y nutrientes de recarga para el ambiente costero incluyendo el Parque Marino Bahía Montego. Proponemos un marco integrado de modelado utilizando la herramienta de evaluación de suelo y agua (SWAT) y SIG. Las estadísticas de rendimiento del modelo calculadas para la descarga de alto flujo rindió una eficacia de Nash-Sutcliffe (NSE) de 0.68 y un R² de 0.70 sugiriendo una buena medición y correlación de descarga simulada (calibrada). Los estados insulares con frecuencia toman decisiones basándose en los impactos de la cuenca. Esto requiere un profundo entendimiento y análisis de factores como los recursos hídricos, uso del suelo/cobertura, sedimentos y nutrientes de recarga entre otros factores a nivel de cuenca. Con financiamiento del Instituto Interamericano para la investigación del Cambio Global (IAI) se examinó la aplicación del modelo de acceso libre en una cuenca jamaiquina. Los resultados de la calibración y validación para caudales fueron similares a los observados en los caudales respectivos, según lo indicado por la eficacia de Nash-Sutcliffe y el coeficiente de determinación. La calibración y validación de los resultados para el caudal son similares a los observados en el caudal. Durante la estación seca el escenario simulado en el uso de suelo urbano predijo un aumento de la escorrentía superficial superior al 150%. Durante la estación lluviosa el aumento de la escorrentía superficial se prevé que alcance desde 98 a 234% lo que representa un riesgo significativo de inundaciones, erosión y otros problemas ambientales. El modelo sugiere que cambios en los usos proyectados de suelo tendrán serios impactos sobre la disponibilidad de agua (caudal), salud de la cuenca, tratamiento de agua potable, inundaciones y ecosistemas costeros sensibles.

Avaliacao ambiental estrategica de planosde bacias hidrograficas / Strategic environmental assessment for watershed management plans

A Avaliação Ambiental Estratégica (AAE) é um instrumento de avaliação de impactos ambientais de Políticas, Planos e Programas (PPPs). Tendo em vista o planejamento dos recursos hídricos no Brasil, o objetivo deste artigo foi avaliar as contribuições da AAE para a elaboração de Planos de Bacias Hidrográficas no país, tendo como objeto de estudo a Bacia do Rio Pardo, no estado de São Paulo. Para tanto, realizaram-se entrevistas com colaboradores do Comitê e acompanhou-se o Grupo de Trabalho do Relatório de Situação dos Recursos Hídricos. Verificou-se que a aplicação da AAE permitiria a incorporação dos princípios de sustentabilidade ambiental no desenvolvimento dos Planos; a integração com outros PPPs correlatos; o levantamento e avaliação de impactos de alternativas de desenvolvimento na Bacia e a identificação de indicadores para o monitoramento do Plano de forma contínua.

Strategic Environmental Assessment (SEA) is a tool for assessing environmental impacts of Policy, Plans and Programmes (PPPs). In view of the water resources planning in Brazil, this paper aimed to evaluate the contributions of the SEA for the development of Watershed Management Plans in the country, having as object the Pardoâ€(tm)s River Basin, in state of Sao Paulo. To this end, we carried out interviews with staff of the Committee and followed the Working Group of the Status Report of Water Resources. It was found that the application of SEA allowed the incorporation of the environmental sustainability principles in the development of Plans, the integration with other related PPPs, the survey and impact assessment of the development alternatives in the Basin and the identification of indicators for monitoring the Plan.

Development of a benthic multimetric index for the Serra da Bocaina bioregion in Southeast Brazil / Desenvolvimento de um indice multimetrico bentonico para a bioregiao da Serra da Bocaina no Sudeste do Brasil

Brazil faces a challenge to develop biomonitoring tools to be used in water quality assessment programs, but few multimetric indices were developed so far. This study is part of an effort to test and implement programs using benthic macroinvertebrates as bioindicators in Rio de Janeiro State. Our aim was first to test the Multimetric Index for Serra dos Órgãos (SOMI) for a different area - Serra da Bocaina (SB) - in the same ecoregion. We sampled 27 streams of different sizes and altitudes in the SB region. Despite the environmental similarities, results indicated biological differences between reference sites of the two regions. Considering these differences, we decided to develop an index specific for the SB region, the Serra da Bocaina Multimetric Index (MISB). We tested twenty-two metrics for sensitivity to impairment and redundancy, and six metrics were considered valid to integrate the MISB: Family Richness, Trichoptera Richness, % Coleoptera, % Diptera, IBE-IOC index, EPT / Chironomidae ratio. A test of the MISB in eleven sites indicated it was more related to land-use and water physico-chemical parameters than with altitude or stream width, being a useful tool for the monitoring and assessment of streams in the bioregion.

O Brasil enfrenta o desafio de desenvolver ferramentas de biomonitoramento para serem utilizadas em programas de avaliação da qualidade de águas, porém poucos índices multimétricos foram construídos para esta finalidade. Este estudo faz parte de um esforço para testar e implementar programas de biomonitoramento utilizando macroinvertebrados bentônicos como bioindicadores no Estado do Rio de Janeiro. Nosso objetivo foi primeiro testar se as métricas que compõem o Índice Multimétrico da Serra dos Órgãos (SOMI) eram válidas para serem aplicadas em um área diferente - Serra da Bocaina (SB) - pertencente à mesma ecoregião. Nós amostramos 27 riachos de diferentes tamanhos e altitudes na região da Serra da Bocaina. Apesar das similaridades ambientais, os resultados indicaram haver diferenças entre locais de referencia nas duas regiões. Considerando tais diferenças, nós desenvolvemos um índice específico para região da SB, denominado de Índice Multimétrico da Serra da Bocaina (IMSB). Testamos vinte e duas métricas quanto à sensibilidade e redundância. Seis métricas foram consideradas válidas para integrar o IMSB: Riqueza de Famílias, Riqueza de Trichoptera, % Coleoptera, % Diptera, índice IBE-IOC e Taxa EPT / Chironomidae. O teste do IMSB indicou que o índice estava mais relacionado aos parâmetros físicos e químicos da água e ao uso da terra do que com a altitude ou largura dos rios. Assim, consideramos uma ferramenta útil para monitorar e avaliar riachos na bioregião estudada.

Contiguous urban rivers should not be necessarily submitted to the same management plan: the case of Tietê and Pinheiros Rivers (São Paulo-Brazil)

The management of urban water resources plays an important role for developing countries. The Tietê and Pinheiros Rivers (São Paulo, Brazil) are affected by domestic and industrial effluents and by the diffuse pollution. This research aimed to quantify 134 variables in the water of Tietê and Pinheiros Rivers (approximately 7,200 and 6,600 analyses, respectively) from August 2007 to December 2008. The idea was to verify if the fact that both rivers are located in the same basin is enough to consider the application of a single management plan for both. Data showed that the rivers presented significant anthropogenic interference. The results suggested that such rivers must be subjected to individual management plans since there were exclusive occurrences (variables that were only detected in one of the rivers). Moreover, there was a statistically significant difference between rainy and dry periods for eleven variables (p*<0.05, ANOVA), reinforcing the special importance of the temporal component within the monitoring program. It is expected that this study subsidize environmental recovery programs in the Tietê River, to which is recommendable to focus on prosecution of illegal wastewater releases, and in the Pinheiros River, to which special attention is suggested to the pollution derived from the pesticides load to the water body.

O gerenciamento dos recursos hídricos urbanos desempenha um papel importante para os países em desenvolvimento. Os rios Tietê e Pinheiros (São Paulo, Brasil) são afetados por efluentes domésticos e industriais e pela poluição difusa. Esta pesquisa teve como objetivo quantificar 134 variáveis da água dos rios Tietê e Pinheiros (aproximadamente 7.200 e 6.600 análises, respectivamente) de Agosto de 2007 a Dezembro de 2008. A ideia foi verificar se o fato de os dois rios se localizarem na mesma bacia hidrográfica é suficiente para que se considere a aplicação de um único plano de manejo para ambos. Os dados mostraram que os rios apresentam significativa interferência antrópica. Os resultados sugeriram que tais rios devem ser submetidos a planos individuais de gerenciamento, uma vez que houve ocorrências exclusivas (variáveis que foram detectadas em apenas um dos rios). Além disso, houve diferença estatisticamente significativa entre os períodos seco e chuvoso para onze variáveis (p*<0,05, ANOVA), o que reforça a especial importância da componente temporal do programa de monitoramento. Espera-se que esse estudo ofereça subsídios para programas de recuperação ambiental do rio Tietê, para o qual é recomendado foco na repressão de lançamentos clandestinos de águas residuárias, e do rio Pinheiros, para o qual se sugere especial atenção à poluição derivada do aporte de pesticidas ao corpo de água.

Gestão de bacias hidrográficas

O presente trabalho pretende apresentar o conceito de bacia hidrográfica, apresentar também o modo como o país encontra-se organizado para essa forma de gestão e discutir os principais pontos da gestão de recursos hídricos que estão associados a esse recorte geográfico. Abordam-se pontos difíceis da gestão integrada e a necessidade de aperfeiçoamento do sistema de decisão.