ABSTRACT Hydrological modeling in decision-making is particularly challenging in tropical countries such as Brazil. There are numerous modeling tools; however, many applications have focused on watersheds with a total area of <20,000km2. Here we tailored a customized SWAT (Soil and Water Assessment Tool) ecohydrological model application using the SWAT CUP tool for calibration and validation of the Rio das Velhas, a relatively large, complex Brazilian basin (~28,000km2). The Rio das Velhas is the longest tributary of the São Francisco River and contains heterogeneous landforms, soils, vegetation, and land uses. A multisite calibration method obtained specific regionalized parameters for each sub-basin group for successfully simulating Rio das Velhas streamflows. Our results showed a suitable adjustment of the model. Nash-Sutcliff (NS) model performance values were 0.73-0.97 (calibration) and 0.51-0.98 (validation). The percent bias (PBIAS) was -11.3 to 19.4 (calibration) and -18.6 to 24.6 (validation), and the coefficient of determination values (R2) were >0.6 in all sub-basins on a monthly basis. We also explored how four contrasting land use scenarios affected four water-flow variables (surface runoff, base flow, percolation, and total streamflow). Our results show that by using multiple flow-monitoring stations and multisite calibration approaches, ecohydrological models can be useful for managing basin-extent water resources in countries of continental dimensions such as Brazil.

RESUMO O uso de ferramentas de modelagem hidrológica na tomada de decisão é particularmente desafiador em países tropicais como o Brasil. Existem inúmeras ferramentas de modelagem disponíveis; entretanto muitas aplicações destas ferramentas são focadas em bacias hidrográficas com área total <20.000 km2. Neste trabalho, adotamos e customizamos o modelo ecohidrológico SWAT (Soil and Water Assessment Tool) usando a ferramenta SWAT CUP para calibração e validação do Rio das Velhas, uma relativamente grande e complexa bacia brasileira (~ 28.000 km2). O Rio das Velhas é o maior afluente da bacia do rio São Francisco e contém formas de relevo, solos, vegetação e usos da terra heterogêneos. Usando um método de calibração multi-site, parâmetros regionalizados específicos foram obtidos para cada grupo de sub-bacias para simular com sucesso as vazões do Rio das Velhas. Nossos resultados mostraram um bom ajuste do modelo. Os valores do coeficiente de performance Nash-Sutcliff (NS) foram 0,73-0,97 (calibração) e 0,51-0,98 (validação). A porcentagem de viés (PBIAS) foi de -11,3 a 19,4 (calibração) e -18,6 a 24,6 (validação) e os valores do coeficiente de determinação (R2) foram >0,6 em todas as sub-bacias considerando uma escala mensal. Também exploramos as maneiras pelas quais quatro cenários contrastantes de uso da terra impactam às quatro variáveis de vazões avaliadas (escoamento superficial, fluxo de base, percolação e fluxo total). Nossos resultados mostram que, usando múltiplas estações de monitoramento de vazão e abordagens de calibração multi-site, os modelos ecohidrológicos podem de fato ser úteis para gerenciar os recursos hídricos da extensão da bacia em países de dimensões continentais como o Brasil.

ABSTRACT Environmental degradation from human pressures includes the conversion of native vegetation cover into pastures and cropland, as well as riparian deforestation, leading to river siltation, biotic homogenization, and loss of ecosystem services. The objective of our study was to evaluate water quality and benthic macroinvertebrate assemblage structure in response to changes in land use at local and buffer spatial extents. We assumed that human disturbances negatively affect water quality and macroinvertebrate assemblage condition. Greater human influence was observed at the local extent (Local Disturbance Index – LDI) than at the buffer (Buffer Disturbance Index – BDI) extent. Likewise, biological metric responses were stronger relative to the LDI than to the BDI or to the Integrated Disturbance Index (IDI). These results support establishing a biomonitoring program for assessing water body quality in the Doce River basin to facilitate conserving aquatic biodiversity and ecosystem services in the upper Graipu River.

RESUMO A degradação ambiental causada por pressões antrópicas inclui a conversão de cobertura vegetal nativa em pastagens e terras agrícolas, bem como o desmatamento de zonas ripárias, levando ao assoreamento de rios, à homogeneização biótica e à perda de serviços ecossistêmicos. O objetivo do nosso estudo foi avaliar a qualidade de água e a estrutura de assembleia de macroinvertebrados bentônicos em resposta a mudanças no uso da terra em extensões espaciais locais e de microbacia (buffer). Para tanto, assumimos que os distúrbios humanos afetam negativamente a qualidade de água e a assembleia de macroinvertebrados bentônicos. Maior influência humana foi observada na escala local (Índice de Distúrbio Local – LDI) do que na escala de buffer (Índice de Distúrbio Buffer – BDI). Da mesma forma, as respostas das métricas biológicas foram mais correlacionadas ao LDI do que ao BDI ou o Índice Integrado de Distúrbio (IDI). Esses resultados apoiam o estabelecimento de um programa de biomonitoramento para avaliar a qualidade de corpos hídricos na bacia do rio Doce, fomentando a conservação de biodiversidade aquática e serviços ecossistêmicos no alto ribeirão Graipu.

RESUMO Os efeitos das variáveis ambientais em diferentes escalas espaciais sobre as assembleias de peixes de água doce ainda é um tema pouco explorado na região Neotropical. Entretanto é um assunto de extrema relevância, pois gera subsídios para definições de estratégias de manejo e conservação de ictiofauna e dos recursos hídricos. Nós avaliamos a influência de variáveis ambientais em escalas local (dentro do rio) e da paisagem (uso e cobertura do solo) na abundância e ocorrência das espécies de peixes de riachos da bacia do alto rio Araguari através da partição da variância usando CCA parcial. Um total de 38 riachos de até 3ª ordem foi amostrado em setembro de 2009. Nós quantificamos variáveis locais para calcular 11 métricas de hábitats físicos e mapeamos o uso e cobertura do solo. O conjunto de dados (variáveis locais e da paisagem) explicou mais de 50% da variação total nas espécies de peixes. Variáveis em escala local (abundância: 25,31%; ocorrência: 24,51%) explicaram levemente uma maior variação nas assembleias de peixes do que o uso e cobertura do solo (abundância: 22,69%; ocorrência: 18,90%), indicando que os fatores em ambas as escalas de estudo são importantes. Uma vez que a influência antrópica em diferentes escalas afeta as espécies de peixes em riachos da bacia do alto rio Araguari, ambas devem ser consideradas juntamente para a adoção de estratégias de conservação de uma forma racional.

ABSTRACT Effects of environmental variables at different spatial scales on freshwater fish assemblages are relatively unexplored in Neotropical ecosystems. However, those influences are important for developing management strategies to conserve fish diversity and water resources. We evaluated the influences of site- (in-stream) and catchment-scale (land use and cover) environmental variables on the abundance and occurrence of fish species in streams of the Upper Araguari River basin through use of variance partitioning with partial CCA. We sampled 38 1st to 3rd order stream sites in September 2009. We quantified site variables to calculate 11 physical habitat metrics and mapped catchment land use/cover. Site and catchment variables explained > 50% of the total variation in fish species. Site variables (fish abundance: 25.31%; occurrence: 24.51%) explained slightly more variation in fish species than catchment land use/cover (abundance: 22.69%; occurrence: 18.90%), indicating that factors at both scales are important. Because anthropogenic pressures at site and catchment scales both affect stream fish in the Upper Araguari River basin, both must be considered jointly to apply conservation strategies in an efficient manner.