Multiple solutions, multi-site, and parameter transfer to calibrate DHSVM hydrological model

The application of hydrologic models often needs sets of input parameters related to environmental attributes which are not always available. This leads to the necessity of calibrating the input parameters. However, due to the non-linearity of the hydrologic phenomena, there may be multiple “best” solutions for the calibration. This paper proposes a method for calibrating the DHSVM hydrologic model using the concepts of multiple solutions, multi-site, and parameter transfer among catchments. Eight watersheds were calibrated, resulting in obtaining five sets of “best” parameters (clusters) for each one. Afterward, each watershed was modeled using the parameters of the other catchments in order to verify if the transfer of the calibrated parameters could promote satisfactory modeling of the streamflows. The results show that clusters calibrated for one watershed may be suitable for other catchments. Besdes, the calibrated parameters of the smaller catchments were satisfactory to simulate the streamflow of the bigger catchments. The proposed method can be useful in calibrating and extrapolating the input parameters to regions that do not have information about them

RELATIONSHIP BETWEEN THE STREAMFLOWS AND PRECIPITATIONS IN ITAPEMIRIM RIVER BASIN

ThThe present paper analyzed the relationship between streamflow and rainfall at the stream of Itapemirim River Watershed (BHRI). The minimum streamflow with duration of seven days (Q7), the average annual streamflow (Qmed) and the annual maximum streamflow (Qmax) of 11 BHRI’s sub-basins were determined. Trends in rainfall and streamflow series were analyzed with Mann-Kandall and Pettitt nonparametric tests. Regression analysis between rainfall and streamflow were established. Results showed no trends on rainfall and Q7 series. Trends in Qmed were found only at one sub-basin and trends in Qmax were found in two sub-basins. The total rainfall was correlated with the streamflow of all the sub-basins. It has been found that annual rainfall amount (Pa) explained considerably variations in Qmed and Q7. Rainfall amounts of the rainiest month (Pmax) showed good correlation to Qmax

COMPARAÇÃO ENTRE DIFERENTES MÉTODOS DE ESTIMATIVA DE EVAPOTRANSPIRAÇÃO DE REFERÊNCIA (ETo) PARA LINHARES, ES

Este trabalho teve como objetivo comparar o desempenho de equações empíricas de Thornthwaite, Camargo, Camargo Simplificado e Garcia Lopez e física de Priestley Taylor, para estimativa da evapotranspiração de referência, comparando-as ao método universal de Penman – Montheit FAO 1998 para as condições climáticas da localidade de Linhares, no litoral norte do Estado do Espírito Santo. Foram utilizadas as variáveis climáticas de temperaturas médias do ar (ºC), umidade relativa (%) e radiação global (MJ.m-2) referentes ao período de 10 meses (janeiro a dezembro, do ano de 2008, adquiridas pela plataforma de dados do CEUNES – UFES provenientes da estação automatizada meteorológica, código n° A614, instalada no município citado a 40 metros à nível do mar. Para comparar os valores de ETo estimados por meio das equações empíricas e física com os métodos de Penman – Montheit FAO 1998 foram considerados os parâmetros da equação de regressão β0 e β1, modelagem da eficiência (EF%), coeficiente de determinação (r²), coeficiente de correlação (r), estimativa do erro padrão (EEP), índice de concordância (d), índice de confiança ou desempenho (c), para as escalas diária, acumulado de três, sete dias e mensal, para os meses estudados nos dois municípios. Para as condições climáticas de onde se realizou o estudo, em relação aos índices, parâmetros estudados e escalas de tempo, o método de melhor desempenho foi o de Garcia Lopez

Proposta de um índice de qualidade de águas para microbacias hidrográficas sob manejo silvicultural

This work aimed to develop a Water Quality Index (WQI) for the forestry sector. Therefore, to achieve this purpose, the physical and chemical characteristics of the water were monitored: Ca, Cu, Fe, K, Mg, Na, P, S, Zn, IC, OC, Chlor, Nitr, Sulf, Phosp, Ammo, Glyph, Alka, EC, Color, COD, CH, MH, DO, SS, DS, Sulfl, Temp, Turb and pH in four micro-watersheds (MW) under activities of forest management in the city of Aracruz, Espírito Santo, Southeast of Brazil, from January to June, 2012. The multivariate statistical analyses, the Principal Component Analysis (PCA) and the Factor Analysis (FA) indicated that the most significant variables in the variation of water quality to compose a WQI were: EC, Color, Chlor, Nitr, Mg, Alka, Na, IC, OC, Fe, pH and SS, responsible for a total variance of 61.77% of the data after the rotation of the factors using the normalized Varimax method. Variables related to the dissolved salts in water assumed higher weights due to the proximity with the sea. The proposed WQI proved itself to be efficient when evaluating the water quality of the monitored micro-watersheds, insteadexamining the variables independently.Neste trabalho objetivou-se elaborar um Índice de Qualidade das Águas (IQA) para o setor florestal. Para isso, monitoraram-se as características físicas e químicas da água: Ca, Cu, Fe, K, Mg, Na, P, S, Zn, CI, CO, Clor, Nitr, Sulf, Fosf, Amô, Glif, Alca, CE, Cor, DQO, DC, DC, OD, SS, SD, Sulfl, Temp, Turb e pH, em quatro microbacias hidrográficas (MBs) sob atividades do manejo florestal no município de Aracruz - ES, de janeiro a junho de 2012. As técnicas de estatística multivariadas, Análise de Componentes Principais (ACP) e Análise Fatorial (AF), indicaram que as variáveis mais representativas da variação da qualidade das águas para compor um IQA são: CE, Cor, Clor, Nitr, Mg, Alca, Na, Na, CI, CO, Fe, pH e SS, responsáveis por uma variância total de 61,77% dos dados após a rotação dos fatores pelo método Varimax normatizado. As variáveis relacionadas aos sais dissolvidos na água assumiram maiores pesos, em consequência da proximidade do mar. O IQA proposto demonstrou ser eficiente para avaliar a qualidade das águas das MBs monitoradas, ao invés de examinar as variáveis independentemente

Method for spatialization of the climatic water balance elements

O objetivo deste trabalho foi desenvolver e avaliar um método de espacialização dos elementos do balanço hídrico climatológico (BHC). O método utiliza modelos digitais do terreno que contêm a distribuição espacial dos elementos climáticos de entrada do BHC. A avaliação foi feita com dados reais de BHC referentes a110 estações pluviométricas do Estado do Espírito Santo. Comparou-se o desempenho do método proposto com o dos seguintes interpoladores espaciais: krigagem e inverso de uma potência da distância. O método proposto apresentou melhores estimativas espaciais de todos os elementos do balanço hídrico – evapotranspiração real, excedente, deficiência e disponibilidade hídrica.The objective of this work was to develop and evaluate a method for the spatial distribution of the climatic water balance (CWB) elements. The method applies terrain digital models containing the spatial distribution of climate elements used as input data of CWB. Evaluation was made with existing CWB data from 110 pluviometric stations of Espírito Santo state, Brazil. The proposed method’s performance was compared to the one of the following spatial interpolators: kriging and inverse distance weighting. The proposed method presented best predictions of the spatial distribution of all CWB elements – actual evapotranspiration, water deficit, water surplus and water availability

Análise de técnicas de interpolação para espacialização da precipitação pluvial na bacia do rio Itapemirim (ES) Analysis of interpolation techniques for spatial rainfall distribution in river basin Itapemirim (ES)

Este trabalho teve como objetivo comparar o desempenho de cinco métodos de interpolação: inverso da distância ponderada (IDW), Krigagem esférico, natural vizinho, Spline regularizada e Topo to Raster. Para tanto, utilizaram-se dados de precipitação pluviométrica média mensal de um período de trinta anos (1972 a 2002), obtidas junto ao Sistema de Informações Hidrológicas (HidroWEB) da Agência Nacional de Águas (ANA), de estações localizadas dentro e fora da área da bacia hidrográfica do rio Itapemirim, sul do estado do Espírito Santo. Os resultados apontam que o interpolador de Krigagem esférica obteve o menor Erro Quadrado Médio (EQM), Percentual de Eficiência (EF%), Erro Médio Absoluto (MAE), Coeficiente de Determinação (r²) e Estimativa do Erro Padrão (EEP), seguido por IDW, Spline regularizada, natural vizinho e, por último, Topo to Raster. A diferença entre os valores observados e estimados pelo método Krigagem esférico foi muito menor do que para os outros quatro métodos, indicando ser esse o interpolador que representa melhor a distribuição espacial da precipitação pluvial média mensal para os dados em estudo. AbstractThis work had the main objective to compare the performance of five methods of interpolation’s style, inverse of the distance’s weight (IDW), round Krigagem, natural neighbor , regularized Spline and Top to rater. Therefore, average monthly rainfall in a period 30 years (1972 the 2002), together with the results of Sytem Hidrological Information ( Hidroweb) of National Water Agency (ANA) were used around and next of Itapemirim hidrological basin river, southern state of Espirito Santo. The results showed the round Krigagem the lowst Medin Square Mistake (EQM), Efficient percent (EF%), Absolute Medium Mistake (MAE), Determination modulus (r2) and Standard Estimation Mistake (EEP), followed to IDW, regulated Spline, neighbor natural and for last Top to rater. Nonetheless, the difference between the values was observed and estimated by round Krigagem. in fact it was less than the others four methods used, thus it is indeed that this method shows that the interpolation which represents the best distribution of monthly spatial pluvial rainfall to database

ESTATÍSTICA MULTIVARIADA APLICADA À ANÁLISE DE QUALIDADE DA ÁGUA EM DIFERENTES AMBIENTES DE MICROBACIAS HIDROGRÁFICAS

Estudos sobre o comportamento da qualidade de água são importantes, desse modo, o objetivo deste trabalho foi agrupar as águas estudadas quanto à similaridade e selecionar as características físico-químicas para explicar a variabilidade da qualidade das águas em quatro microbacias. Para tanto, foram selecionadas quatro microbacias com diferentes usos do solo: pastagem, regeneração florestal, floresta e cafezal; sob diferentes ambientes: ambientes lêntico e lótico, nascentes e águas subterrâneas. As coletas ocorreram entre fevereiro de 2014 e dezembro de 2014, sendo analisados: coliformes totais e termotolerantes; oxigênio dissolvido (OD); nitrogênio total (Nt); PO43-; turbidez; temperatura; pH; Demanda Bioquímica de Oxigênio (DBO); condutividade elétrica (CE); sólidos totais (ST); sólidos dissolvidos (SD); sólidos suspensos (SS); e os metais cálcio, magnésio e ferro. Utilizou-se técnicas de análise estatística multivariada, por meio da análise de agrupamento (AA) e análise de componentes principais (ACP). Na AA, foram formados quatro grupos distintos no período chuvoso e três no período seco. A diferença entre os ambientes foi o principal fator de influência na segregação dos grupos. A partir da ACP foram selecionadas 4 componentes principais que explicaram 73,09% da variância total dos dados. As variáveis selecionadas foram CE, turbidez, magnésio, ferro, SD, Nt, DBO, pH e coliformes termotolerantes.Palavras-chave: recursos hídricos; análise de agrupamento; componentes principais; manejo de bacias hidrográficas. MULTIVARIATE STATISTICS APPLIED TO WATER QUALITY IN DIFFERENT HYDROGRAPHIC MICROBASE ENVIRONMENTS ABSTRACT: Studies on the water quality behavior are important, so the objective of this work was to group the studied waters regarding the similarity and to select the physical-chemical characteristics to explain the variability of water quality in four micro-basins. Four micro-basins with different soil uses were selected: pasture, forest regeneration, forest and coffee; under different environments: lentic and lotic environments, springs and groundwater. The collections occurred between February 2014 and December 2014, being analyzed: total coliforms and thermotolerant; dissolved oxygen (OD); total nitrogen (Nt); PO43-; turbidity; temperature; pH; Biochemical Oxygen Demand (BOD); electrical conductivity (EC); total solids (TS); dissolved solids (SD); suspended solids (SS); and the metals calcium, magnesium and iron. Multivariate statistical analysis techniques were used, through cluster analysis (AA) and principal component analysis (PCA). In AA, four distinct groups were formed in the rainy season and three in the dry season. The difference between the environments was the main factor of influence in the segregation of the groups. From the PCA, 4 main components were selected, which explained 73.09% of the total data variance. The selected variables were CE, turbidity, magnesium, iron, SD, Nt, BOD, pH and thermotolerant coliforms.Keywords: water resources; cluster analysis; principal components; river basin management

Distribuição geográfica da Sigatoka Negra da bananeira estimada por modelos de mudanças climáticas globais

As mudanças climáticas poderão alterar as doenças de plantas e afetar a eficácia das medidas de manejo. Um dos prováveis impactos será na distribuição geográfica das doenças. A Sigatoka Negra é considerada a principal doença da cultura da banana em decorrência dos danos causados e aumento do custo de manejo. O impacto sócio-econômico da doença continua aumentando, uma vez que a doença tem atingido novas áreas de plantio, tornando o manejo mais difícil. Este trabalho tem por objetivos comparar a distribuição geográfica da doença por meio da elaboração de mapas nas seguintes situações: a) clima atual e futuro (2020, 2050 e 2080), b) cenários A2 e B2 do Painel Intergovernamental de Mudanças Climáticas, c) predito por seis diferentes modelos de mudanças climáticas e pela média dos mesmos e, d) entre meses. Haverá redução das áreas favoráveis à doença no futuro, sendo que tal redução será mais acentuada no cenário A2 do que no B2 e gradativa para as décadas de 2020, 2050 e 2080. Predições efetuadas com o uso da média dos dados estimados pelos modelos permitiram redução na variabilidade da simulação em comparação com a predição gerada por cada modelo individualmente. Alterações na distribuição geográfica da doença ocorrerão entre meses, de modo que áreas consideradas desfavoráveis tornar-se-ão favoráveis e vice-versa. Apesar disso, extensas áreas continuarão favoráveis ao desenvolvimento da Sigatoka Negra.Global climatic changes will potentially influence plant diseases and the efficacy of their management options. One of the most likely impacts of climate change will be felt by the geographical distribution of plant diseases. Black Sigatoka is considered the most damaging and costly disease of banana. The socio-economic impact of this disease has continued to increase as the pathogen reaches new areas and the disease becomes more difficult to be controled. The objectives of this research were to compare the global geographical distribution of the disease based on maps elaborated using weather data representing: i) current and future periods (2020, 2050 and 2080), ii) Intergovernmental Panel on Climate Change scenarios A2 and B2, iii) predictions based on six different climate change models and the " multimodel ensemble" and, iv) individual months. The " multimodel ensemble" lead to a reduction in the variability of the simulations when compared to the results obtained using the individual models separately. The predictions suggested that, in the future, areas favorable for the development of the Black Sigatoka disease will decrease. This reduction will occur gradually and will be higher for the A2 than for the B2 scenario. Changes in the geographical distribution of the disease will occur from one month to another, with unfavorable areas becoming favorable and vice-versa. However, in spite of these changes, extensive areas will still continue to be favorable for the occurrence of Black Sigatoka

ZONEAMENTO AGROCLIMÁTICO PARA ESPÉCIES DO GÊNERO Pinus NO ESTADO DO ESPÍRITO SANTO

A agroclimatological zoning was elaborated to determine the suitable areas for growing Pinus elliottii Engelm var. elliottii, Pinus caribaea var. hondurensis Morelet, Pinus taeda Linnaeus and Pinus oocarpa Schiede ex Schltdl in the state of Espírito Santo, Brazil. It was used meteorological data from 1977 to 2006, from eighty rainfall posts of the Water National Agency (ANA) located within the state and sixteen posts surrounding states, eleven weather stations belonging of the Instituto Capixaba de Pesquisa, Assistência Técnica e Extensão Rural (INCAPER) and three weather stations of the Instituto Nacional de Meteorologia (INMET). The climate elements used were air temperature and annual water deficiency, calculated for a soil water storage capacity of 300 mm. The Espírito Santo State showed areas climatically suitable for all species of Pinus, and the species Pinus caribaea var. hondurensis showed the biggest climatically suitable areas compared with the species Pinus elliottii var. elliottii, Pinus oocarpa, Pinus taeda, which due to its climatic requirements, showed lower climatically suitable area.Pinus caribaea var. hondurensis Morelet, Pinus taeda Linnaeus e Pinus oocarpa Schiede ex Schltdl no Espírito Santo (ES), foi realizado o zoneamento agroclimático do estado. Utilizaram-se dados meteorológicos do período de 1977 a 2006, provenientes de 96 postos pluviométricos da Agência Nacional de Águas (ANA), sendo 80 localizados dentro do estado e 16 em estados circunvizinhos, de 11 estações meteorológicas pertencentes ao INCAPER (Instituto Capixaba de Pesquisa e Extensão Rural) e de três do INMET (Instituto Nacional de Meteorologia). Os elementos climáticos para determinar a aptidão foram a temperatura do ar e a deficiência hídrica anual para a capacidade de água disponível de 300 mm. De acordo com os resultados, o estado apresenta áreas com aptidão climática para todas as espécies de Pinus, sendo que a espécie Pinus caribaea var. hondurensis apresenta a maior área de aptidão quando comparada com as demais, devido às suas exigências climáticas serem mais restritas. Palavras-chave:   Pinus; balanço hídrico; sistema de informação geográfica; zoneamento agroclimático.   Abstract Agroclimatic zoning for cultivation of Pinus in the State of Espirito Santo. A agroclimatological zoning was elaborated to determine the suitable areas for growing Pinus elliottii Engelm var. elliottii, Pinus caribaea var. hondurensis Morelet, Pinus taeda Linnaeus and Pinus oocarpa Schiede ex Schltdl in the state of Espírito Santo, Brazil. It was used meteorological data from 1977 to 2006, from eighty rainfall posts of the Water National Agency (ANA) located within the state and sixteen posts surrounding states, eleven weather stations belonging of the Instituto Capixaba de Pesquisa, Assistência Técnica e Extensão Rural (INCAPER) and three weather stations of the Instituto Nacional de Meteorologia (INMET). The climate elements used were air temperature and annual water deficiency, calculated for a soil water storage capacity of 300 mm. The Espírito Santo State showed areas climatically suitable for all species of Pinus, and the species Pinus caribaea var. hondurensis showed the biggest climatically suitable areas compared with the species Pinus elliottii var. elliottii, Pinus oocarpa, Pinus taeda, which due to its climatic requirements, showed lower climatically suitable area. Keywords: Water balance; climatic zoning, Brazil

INTERPOLAÇÃO DOS PARÂMETROS DO BALANÇO HÍDRICO CLIMATOLÓGICO CONSIDERANDO DIFERENTES CAPACIDADES DE ÁGUA DISPONÍVEL NO SOLO

O balanço hídrico climatológico proposto por Thornthwaite & Mather (1955) é uma ferramenta de extrema utilizadade para o planejamento agrícola. Este método requer o conhecimento da capacidade de água disponível no solo (CAD), precipitação e evapotranspiração potencial (ETP) como dados de entrada. As saídas consistem em déficit hídrico (DEF), excedente hídrico (EXC) e evapotranspiração real (ETR). Todavia, os valores assumidos pela CAD alteram significativamente nos valores de DEF, EXC e ETR. O objetivo deste trabalho foi avaliar métodos de interpolação espacial destinadas a criar mapas de EXC, DEF e ETR, obtidos por meio do BHC, considerando seis diferentes valores para a CAD (25, 50, 75, 100, 125 e 300 mm), no Espírito Santo. Os resultados mostram que o método de krigagem ordinária (modelo exponencial) apresentou melhor desempenho para a espacialização dos parâmetros DEF, EXC e ETR em todos os valores de CAD considerado