Orientadores: Joaquim Eugênio Abel Seabra, Fabio Vale ScarpareTese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia MecânicaResumo: Nos últimos anos, houve uma significativa expansão das áreas cultivadas com cana-de-açúcar, que ocorreu sob diferentes dinâmicas e escalas, substituindo as mais diversas classes de uso da terra. Visto que as mudanças do uso da terra (MUT) podem alterar os processos hidrológicos, esse crescimento tem levantado questionamentos sobre os efeitos da expansão da cana-de-açúcar na disponibilidade dos recursos hídricos. Uma revisão da literatura sobre o assunto, no Brasil, mostrou que, embora os resultados tenham apontando as altas taxas de evapotranspiração da cana-de-açúcar como um risco, os estudos foram, em sua maioria, qualitativos, mostrando mais direções e indícios do que evidências quantitativas. Sendo assim, o objetivo principal desta tese foi abordar as implicações da MUT associada à expansão da cana-de-açúcar na disponibilidade dos recursos hídricos, propondo um esquema de avaliação que auxiliasse na obtenção de resultados mais conclusivos. Foram escolhidas duas bacias brasileiras: uma em São Paulo (MM) e outra em Goiás (FMA) e as análises foram feitas através do modelo Soil and Water Assessment Tool (SWAT), que foi submetido a um extenso processo de calibração e, assim, validado para as duas bacias, para as quais também os componentes do balanço hídrico (CBH) foram avaliados de forma integrada. O uso de um modelo hidrológico semi-distribuído e a avaliação conjunta de seus CBH possibilitaram a obtenção de respostas mais conclusivas, ainda que qualitativas, sobre os impactos das MUT sobre os recursos hídricos nas bacias avaliadas. A estimativa da pegada hídrica permitiu, a nível de bacia, a avaliação dos impactos das MUT na eficiência do uso da água por culturas agrícolas. A cana-de-açúcar apresentou os menores valores de pegada hídrica entre as culturas analisadas, indicando um aumento na eficiência do uso de água por Mg produzido em áreas de expansão. Apesar de possíveis distorções regionais nos custos e preços, a abordagem econômica apresentou diferentes resultados com relação à eficiência do uso da água. Neste caso, a expansão da cana-de-açúcar em relação a outras culturas aumentou a eficiência do uso da água apenas em substituição a culturas de laranja e pastagem. Os impactos exclusivos da expansão da cana-de-açúcar foram avaliados através de cenários no SWAT. Considerando-se a expansão prevista para 2030, as análises indicam que nenhum efeito é esperado na vazão da bacia MM. Cenários com expansão mais intensa apresentaram aumentos na vazão para esta bacia, porém sem mudanças na vazão de referência. Na bacia FMA, a substituição das áreas com cultura anual e pastagem por cana-de-açúcar aumentou a regularidade da vazão, já que foram observados aumentos na estação seca e diminuições na estação chuvosa e, portanto, a vazão de referência também foi positivamente impactada. Considerando que áreas de vegetação nativa e matas ciliares não sejam afetadas, a expansão da cana-de-açúcar favoreceu a disponibilidade de água nas duas bacias. Por fim, embora a disponibilidade de água e o balanço hídrico estejam intrinsecamente ligados às características locais de cada bacia, as simulações indicam que a substituição de culturas anuais e pastagens por cana-de-açúcar parece favorecer a regularidade do regime de escoamentoAbstract: Sugarcane areas have expanded in Brazil, with different dynamics, scales and replacing different land uses. Given that land use changes can alter the partitioning of water and affect the hydrological processes, this expansion has raised questions about its effects on water availability. Many studies regard the high evapotranspiration rates in sugarcane areas as a risk to the water resources availability, but the works addressing sugarcane expansion effects on water resources were mostly qualitative and provided rather directions and indications than conclusive answers. Thus, the main objective of this thesis was to address the implications of land use change associated with sugarcane expansion to water resources availability, proposing an analytical framework that could provide reliable results on this subject. The work focused on two Brazilian basins, one in São Paulo (MM) and another in Goiás (FMA) state. The analyses were performed using the Soil and Water Assessment Tool (SWAT), which was subjected to an extensive calibration and validation process for these two basins, allowing the assessment of the main water balance components. The use of a semi-distributed hydrological model and the integrated assessment of its water balance components enabled attaining more conclusive (qualitative) answers about the impacts of the past land use changes in basins stream flows. Through the water footprint (WF) approach, the land use changes impacts on the crops water use efficiency were assessed in a basin level, even though impacts on basin water availability should consider water balance components beyond the evapotranspiration. Sugarcane presented smaller WF values among the assessed crops indicating that its expansion will increase water use efficiency per Mg produced without significant changes in evapotranspiration. Besides regional issues about costs and prices, the economic approach presented different results in terms of water use efficiency. In this case, sugarcane expansion over other crops only increased water use efficiency when displacing orange and pasture lands. Exclusive sugarcane expansion impacts were evaluated through dedicated expansion scenarios in SWAT. Considering the projected sugarcane expansion for 2030, the simulations indicate that no effects on the MM basin stream flow are expected. Scenarios with more significant sugarcane expansion would lead to increases in stream flow, but without changes in the reference flow in MM basin. In FMA basin, the displacement of annual crops and pasture by sugarcane regulated the stream flow as it increases flows in the dry season and decreases them in rainy season. Furthermore, the reference flow was also positively impacted. For both basins, results suggest that sugarcane expansion would favour the water availability, provided that riparian and native vegetation areas are not affected. In general, although water availability and water balance are intrinsically linked to the local characteristics of each basin, it can be inferred that the replacement of annual crops and pasture lands with sugarcane tends to regulate the stream flow regimeDoutoradoPlanejamento de Sistemas EnergeticosDoutora em Planejamento de Sistemas Energéticos