Characteristics of rainfall in the temporal distribution of vegetal interception in semi-arid region

BRASIL, José Bandeira. Características das chuvas na distribuição temporal da interceptação vegetal em região semiárida. 2018. 81 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Agrícola)-Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2018.In regions of water shortage, losses from interception and the characteristics of throughfall play an important role in the ecohydrological processes of forest soils. In this respect, the aim of the present study was to understand the processes of rainfall interception and their temporal distribution in an area of seasonally dry tropical forest in the Brazilian semi-arid region, as a function of the rainfall characteristics. The research was carried out in an experimental micro basin in the district of Iguatu, in the State of Ceará, with predominantly seasonally dry tropical forest (SDTF) vegetation - woody Caatinga, under regeneration for 39 years. From 2010 to 2016, throughfall, stemflow down tree trunks, and losses from plant interception were monitored in an area of 10 x 10 m2 , with 185 recorded events. An automatic tilting-float pluviograph was used to understand the characteristics of the external and throughfall. To investigate the temporal distribution of the throughfall, data were collected during the rainy season (January to April) of 2017, totalling 30 natural rainfall events. The rainfall characteristics were investigated using Principal Component Analysis (PCA) and Hierarchical Cluster Analysis (HCA), defining possible similar groups relevant to interception and its determinant rainfall variables, giving rise to three different classes of rainfall events. The application of PCA formed two components, explaining 86.6% of the data, one component comprising the maximum intensities and the other rainfall duration and average intensity. Despite the mean rainfall intensity showing low correlation with all the variables, it can still be used in studying losses through plant interception, as it is simpler to determine than the maximum rainfall intensity over 30 minutes (I30). Greater losses from interception were recorded for class I rainfall, characterising events of low rainfall depth, low I30, short duration and low occurrence. There was a decrease in losses through plant interception of 17 percentage points between the first and last rainfall class, due to the increase in rainfall depth, duration and (I30). Vegetation causes a reduction in the total precipitation that effectively reaches the ground, generating an increase in rainfall duration, and lower maximum intensities, expressing the importance of the plant cover in controlling the processes of flow generation and water erosion. For each rainfall event there is a temporal delay in throughfall, so that for rainfall ≤ 0.8 mm during the first five minutes of rain, no event was able to generate throughfall, while throughfall was recorded for all events of 20 minutes’ duration. Although total precipitation is the dominant characteristic, other factors interfere in the temporal variability of throughfall, and there is a need for more detailed studies on a smaller time scale. This study showed that the rainfall characteristics investigated provide important explanations for understanding the process of loss by interception and the temporal distribution of throughfall.Em regiões com escassez de água, as perdas por interceptação e as características da precipitação interna desempenham funções importantes nos processos ecohidrológicos nos solos florestais. Nesse sentido, o presente estudo objetivou compreender os processos de interceptação vegetal da chuva e a sua distribuição temporal, em uma área com floresta tropical sazonal seca no semiárido brasileiro, em função das características das chuvas. A pesquisa foi realizada em uma microbacia experimental no município de Iguatu, Ceará, com vegetação predominante Floresta Tropical Sazonal Seca (FTSS) - Caatinga arbóreo-arbustiva, em regeneração há 39 anos. Durante o período de 2010 a 2016, foram monitoradas a precipitação interna, o escoamento pelos troncos das árvores e perda por interceptação em uma área de 10 x 10 m2 , com registro de 185 eventos. Para o entendimento das características da precipitação externa e precipitação interna utilizou-se um pluviógrafo automático de cuba basculante. Para investigar a distribuição temporal da precipitação interna, os dados foram coletados durante a estação chuvosa (janeiro a abril) de 2017, totalizando 30 eventos naturais de precipitação pluviométrica. As características das chuvas foram investigadas por meio da Análise da Componente Principal (ACP) e Análise de Agrupamento Hierárquico (AAH) na definição de possíveis grupos similares quanto a interceptação e as variáveis pluviométricas determinantes da mesma, originando três classes de eventos pluviométricos distintos. A aplicação da ACP formou duas componentes explicando 86,6% dos dados, sendo uma componente formada pelas intensidades máximas e a outra pela duração da chuva e intensidade média. Mesmo a intensidade média da chuva apresentando baixa correlação com todas as variáveis, a mesma pode ser utilizada nos estudos de perda por interceptação vegetal, em função da mesma ser mais simples de determinar do que a intensidade máxima da chuva em 30 minutos (I30). Maiores perdas por interceptação foram para classe de chuva I, caracterizando eventos de baixa altura pluviométrica, baixa (I30), baixa duração da chuva, baixa ocorrência de eventos. Ocorreu um decréscimo de 17 pontos percentuais na perda por interceptação vegetal entre a primeira e última classe de chuva, devido ao aumento da altura pluviométrica, duração da chuva e (I30). A vegetação promove uma redução no total da precipitação que chega efetivamente ao solo, gerando um aumento no tempo de duração da chuva, e menores intensidades máximas, expressando a importância da cobertura vegetal no controle dos processos de geração de escoamento e erosão hídrica. Para cada evento chuvoso ocorre um atraso temporal na precipitação interna, de modo que para precipitações pluviométricas ≤ 0,8 mm nos 5 minutos iniciais da chuva, nenhum evento foi capaz de gerar precipitação interna; enquanto que, para os eventos com 20 minutos de duração, todos registraram precipitação interna. Embora o total precipitado seja a característica dominante, outros fatores interferem na variabilidade temporal da precipitação interna, existindo a necessidade de estudos mais detalhados em uma menor escala de tempo. Este estudo mostrou que as características das chuvas investigadas fornecem explicações importantes para compreensão do processo de perda por interceptação e de distribuição temporal da precipitação intern