RESUMO Este trabalho teve como objetivo desenvolver um novo método híbrido de calibração de rugosidades absolutas em redes de distribuição de água, com base na combinação do método iterativo do gradiente hidráulico alternativo (Migha) com uma rede neural artificial (RNA) do tipo Perceptron Multicamadas. Foram testadas diferentes configurações para o modelo, em vários cenários que diferiam quanto ao número de pressões observadas utilizadas. Os resultados encontrados sugerem que a combinação dos métodos foi favorável à calibração das rugosidades, com erros absolutos médios inferiores a 0,016 mm no modelo que calculava apenas um valor por material para o parâmetro. A boa performance também ficou evidente quando analisadas as pressões e vazões retornadas pela simulação da rede calibrada, as quais apresentaram erros relativos médios de 0,12 e 0,36%, respectivamente, no cenário com 14% dos nós com pressões conhecidas, erros consideravelmente inferiores àqueles obtidos pela configuração inicial da rede e pelo uso exclusivo do Migha.

ABSTRACT This work aimed to develop a new hybrid method for the calibration of absolute roughness in water distribution networks, starting from the combination of the Alternative Hydraulic Gradient Iterative Method (Migha) with a Multilayer Perceptron Artificial Neural Network (ANN). Different configurations were tested for the model, in different scenarios that differed in the number of observed pressures used. The results found suggest that the combination of methods was favorable to roughness calibration, with mean absolute errors lower than 0.016 mm in the model that calculated only one value per material for the parameter. The good performance was also evident when analyzing the pressures and flows returned by the calibrated network simulation, which showed average relative errors of 0.12 and 0.36%, respectively, in the scenario with 14% of nodes with known pressures, errors considerably lower than those obtained by the initial configuration of the network and the exclusive use of Migha.

RESUMO Neste trabalho, investigou-se a influência da distância da fronteira fictícia, um dos parâmetros do MSF, para determinar o nível piezométrico de um aquífero sedimentar não confinado sob a adoção das hipóteses de Dupuit-Forchheimer e fluxo em regime permanente. Foram modeladas duas áreas de estudo: a APA do Córrego do Guariroba, no Mato Grosso do Sul, e a cidade de Juazeiro do Norte, no Ceará. Observou-se que para usar o MSF como método numérico na modelagem do fluxo de água subterrâneo é necessário determinar o melhor valor de distância da fronteira fictícia. Esse valor pode ser escolhido a partir da utilização de dados de campo dentro do domínio de análise, onde o erro relativo é um parâmetro a ser minimizado. Aplicando essa metodologia e comparando com os resultados da aplicação do MODFLOW para o mesmo conjunto de dados iniciais, concluímos que o MSF permite estimar os valores de nível piezométrico dentro dos domínios analisados e que os resultados da comparação estatística entre os dois modelos apontam para a necessidade de investigar a representatividade de ambos os métodos para determinar qual deles é mais apropriado para modelar o fluxo de água subterrâneo de cada região.

ABSTRACT We investigated the influence of fictitious boundary distance, a parameter of MFS, to determine piezometric levels of two unconfined sedimentary aquifers assuming Dupuit-Forchheimer and steady-state flow hypothesis. Two study areas were modelled: Guariroba’s Environmental Protection Area, in Mato Grosso do Sul State, Brazil, and Juazeiro do Norte City, in Ceará State, Brazil. It was observed that in order to use the MFS as a numerical method in modeling groundwater flow, it is necessary to determine the best distance value of the fictitious boundary. This value can be chosen from the use of field data within the analyzed domain, where the relative error is a parameter to be minimized. Applying this methodology and comparing with the results of the MODFLOW application for the same set of initial data, we concluded that the MSF allows to estimate the piezometric level values within the analyzed domains and that the results of the statistical comparison between them point to the need to investigate the representativeness of both methods to determine which one is most appropriate for modelling the groundwater flow in each region.

RESUMO O uso de bombas que funcionam com velocidade de rotação variável configura uma tática adequada para que sejam reduzidos os custos de energia nos sistemas de bombeamento. Na ocasião da mudança de velocidade, a bomba passa a trabalhar em novo regime de vazão, carga manométrica e valores de rendimento. Podem ser encontradas na literatura duas fórmulas empíricas para se estimar o rendimento final de uma bomba nessa situação. Este artigo objetiva avaliar a precisão dessas fórmulas e, em seguida, apresentar uma nova proposta para a estimativa do rendimento nas novas condições de operação. Escolheram-se 50 bombas e, para cada uma, as fórmulas mencionadas foram avaliadas em três procedimentos de redução de velocidade. A análise da precisão dessas equações foi realizada através da comparação dos rendimentos estimados por elas com os rendimentos calculados com o auxílio das leis de semelhança. Os resultados apontaram que, em 95 dos 150 procedimentos de análise realizados, a fórmula proposta apresentou estimativas mais precisas do que as outras duas fórmulas. Verificou-se, ainda, que a média de erro por procedimento da nova fórmula (1,60%) foi menor do que as médias das outras (1,93% e 2,22%). Em vista disso, a utilização da equação ora apresentada é considerada vantajosa uma vez que, a partir de suas estimativas mais acuradas de rendimento, os cálculos de potência e energia serão também mais precisos.

ABSTRACT The use of pumps which work with variable rotation speed consists of an appropriate tactics for reduction of energy costs in the pump systems. In case of change in speed, the pump starts to work in a new flow pattern, head and efficiency values. Two empirical formulas can be found in the literature in order to estimate the final efficiency of a pump in this situation. This article aims at assessing the accuracy of these formulas and, next, to present a new proposal for the efficiency estimate in the new operating conditions. 50 pumps have been chosen and, for each of them, the above-mentioned formulas have been assessed in three procedures of speed reduction. The analysis of these equations’ accuracy has been accomplished by means of the comparison between the efficiencies estimated by them with the efficiencies calculated with the aid of the affinity laws. The results indicated that, in 95 of the 150 analysis procedures accomplished, the formula proposed presented estimates which have shown to be more precise than the other two formulas. It has also been possible to verify that the average of error detected through the procedure of the new formula (1.60%) has been lower than the average of the other two (1.93% and 2.22%). In light of this fact, the use of the equation here presented is considered advantageous since, from their more accurate efficiency estimates, the calculations for power and energy are also more precise.

RESUMO O dimensionamento econômico ótimo de redes de distribuição de água tem sido objeto de estudo de diversos pesquisadores e projetistas, e representa uma relevante parte nas ações de saneamento básico. No entanto, até então, aborda-se somente o custo de implantação, considerando que o custo dos condutos é um dos elementos de maior peso no projeto. Assim, o problema resume-se a dimensionar os condutos tendo como objetivo atingir uma rede de menor custo e que satisfaça os pré-requisitos hidráulicos mínimos de dimensionamento. Isso conduz necessariamente à escolha de uma rede cuja combinação de condutos de menor diâmetro possível e que também seja capaz de satisfazer as restrições hidráulicas. Nossa abordagem, inédita até agora no Brasil, considera, adicionalmente, o custo de manutenção ao longo da vida útil da rede, tendo em vista que, se por um lado os condutos de maior diâmetro são mais caros, por outro lado, sofrem menos os efeitos da rugosidade e apresentam uma frequência menor de manutenção que os condutos de menor diâmetro, levando, assim, a uma rede que, ao longo da vida útil do projeto, apresenta um custo menor. Assim, obtém-se um equilíbrio entre o custo de implantação e o custo de manutenção da rede.

ABSTRACT The optimum economic sizing of a water distribution network has been focus of study for many researches and projectors, and represent a relevant part of sanitation programs. But, by now, the known works approaches only the implantation cost, considering that the pipes have biggest heavy in the project. So, the problem is reduced to sizing pipes which objective is reach a cheaper network and satisfying the minimum hydraulic prerequisites. This leads to the choice of a network with pipes of minor diameters since this choice satisfies the hydraulics restrictions. New in Brazil by now, our approach consider too the maintenance cost throughout life span of network. It because, if in one way the larger diameters are more expensive, in an other, it are more resistant to break and to rugosity effects. This leads to a network of minimum maintenance cost throughout its life span. Then, we reach the equilibrium between the implantation cost and the maintenance cost.

RESUMO Este trabalho tem por objetivo principal a apresentação de uma nova formulação para a calibração do fator de atrito da equação universal da perda de carga utilizando o Método Iterativo do Gradiente Hidráulico Alternativo (MIGHA) para o cálculo da rugosidade absoluta. O método foi aplicado, com auxílio da biblioteca Epanet2.dll para as simulações hidráulicas, em duas redes fictícias. Foi testada a influência da rugosidade inicial adotada, do número de nós com dados de pressão conhecidos e da posição dos nós com pressões conhecidas. Para o teste da influência da rugosidade inicial foi desenvolvida uma sub-rotina computacional com o intuito de calcular a rugosidade inicial mais adequada para cada trecho. Os resultados mostraram que é recomendado utilizar como rugosidade absoluta inicial o valor usual para o material novo. A sub-rotina computacional desenvolvida é recomendada para o caso de desconhecimento do material da rede ou idade elevada. Quanto maior o número de pressões conhecidas na rede de distribuição, melhor é a precisão do método. Entretanto, uma boa disposição dos nós com pressões conhecidas se mostrou mais importante do que um número maior de pressões medidas. A melhor configuração encontrada para os nós com pressões conhecidas foi eles separados entre si. O método se mostrou simples de ser aplicado e com bons resultados, além de poder ser aplicado com um pequeno número de iterações.

ABSTRACT The main objective of this research is the development of a new formulation for calibration of the head loss universal equation friction factor using the Alternative Hydraulic Gradient Iterative Method for calculating the absolute roughness. The method was applied with the aid of Epanet2.dll library for hydraulic simulations in two fictitious distribution networks. The influence of the initial roughness adopted, the number of nodes with known pressure data and position of the nodes with known pressures was tested. To test the influence of the initial roughness to be adopted a computer subroutine has been developed in order to calculate the most appropriate initial roughness for each section. The results showed that it is recommended to use as starting absolute roughness the usual value for the pipe material as new. The developed computational subroutine is recommended for unknown pipes network material or very old networks. How higher number of known pressures in the distribution network, better the accuracy of the method. However, a good layout of the nodes with known pressures was more important than a large number of pressure measurements. The best configuration found to the nodes with known pressures they were separated compared setting together with each other. The method was simple to apply and with good results, and can be applied with a small number of iterations.

O presente trabalho apresenta resultados de estudos analítico-experimentais visando à verificação das condições de estanqueidade de bacias de contenção de tanques de armazenamento de combustíveis de um terminal portuário situado no Nordeste brasileiro. Com esse objetivo, foi efetuado estudo de caso com foco na avaliação da vulnerabilidade ambiental de duas áreas de estocagem distintas, para as quais foi realizada uma simulação transiente do avanço da frente de contaminação em um cenário hipotético de grande derramamento acidental de combustível em um terreno não saturado. Para o desenvolvimento dos estudos, procedeu-se à realização de uma extensa campanha de investigações geotécnicas de campo e de laboratório e à realização de simulações numéricas de fluxo multifásico, com o emprego do método dos elementos finitos.

This work presents results of analytical and experimental studies concerning the evaluation of permeability conditions of spill diversion ponds around fuel storage tanks located in a Brazilian northeast industrial plant. For this purpose, a case study was carried out in order to assess the environmental vulnerability of two distinct storage areas, by means of transient numerical simulations of contaminant advance in unsaturated soil after a hypothetical accident with hydrocarbon spill. For the development of the study, extensive geotechnical field and laboratory investigations were carried out, and numerical multiphase flow simulations were accomplished with the use of the finite element method.

A contaminação de aquíferos freáticos pela decomposição de corpos em cemitérios configura-se como uma realidade comum no Brasil e no mundo. Na cidade de Fortaleza (CE), o cemitério Bom Jardim é um típico exemplo da ameaça de contaminação. O risco se deve, principalmente, pelo fato de que frequentemente a população utiliza-se das águas do aquífero freático para os mais diversos fins. Nesta investigação, analisou-se a possibilidade do cemitério Bom Jardim contribuir para a contaminação microbiológica do aquífero freático local. O software PMWIN PRO® foi utilizado para simular fluxo de águas subterrâneas e avaliar o transporte de microrganismos patogênicos presentes na pluma de contaminação. A simulação numérica foi obtida em regime permanente e admitiu-se o transporte advectivo dos microrganismos patogênicos. Os resultados mostraram a pequena possibilidade da contaminação microbiológica ultrapassar os limites do cemitério.

The contamination of groundwater by degradation of buried corpses in cemeteries appears as a common reality in Brazil and worldwide. In the Fortaleza (CE), the Bom Jardim cemetery is a typical example of a contamination threat. The risk is mainly due to the fact that often the population utilizes the groundwater for different purposes. In this investigation, we analyzed the possibility of the Bom Jardim cemetery to contribute to microbiological contamination in the local aquifer. The software PMWIN PRO® was utilized to simulate the groundwater flow and to evaluate the transport of pathogenic microorganisms presented in a pollution plume. The numerical simulation of groundwater was achieved in steady state and was admitted the advective transport of pathogenic microorganisms. The results showed a slight possibility of microbiological contamination to exceed the boundaries of the cemetery.

A operação dos Sistemas de Abastecimento de Água é realizada por profissionais que usam a sua experiência como um meio de avaliação no controle de equipamentos hidromecânicos com o objetivo de garantir o fornecimento de água à população. Geralmente, as regras operacionais utilizadas visam à garantia da continuidade do abastecimento público, sem a preocupação com a economia de energia elétrica dos motores em funcionamento. Neste trabalho, apresenta-se um algoritmo genético híbrido que permite determinar as estratégias de operações com custos energéticos reduzidos. A análise do modelo é feita em um estudo de caso real localizado na cidade de Ourém (Portugal). O novo modelo reduz consideravelmente o tempo computacional em comparação aos modelos utilizados na literatura especializada.

The operation of water supply systems is normally done by professionals who use their experience as the sole source of knowledge in order to establish rules to control the daily operation of hydro-mechanical equipments aiming at the guarantee of an adequate performance of the system. In general, these rules have as main goal the assurance of the water demands of the population and do not take into account optimization of the electrical energy consumed by the pumps. This work proposes a new hybrid genetic algorithm. The main purpose of this code is to determine optimized system operational rules with regard to saving electrical energy consumed by the pumps. The code was tested using one real water supply system localized in Ourém city (Portugal). The results showed considerable decrease in computational time as comparing to other codes available.

A topografia evidencia-se como um fator imprescindível no entendimento da dinâmica hidrológica e ambiental. Assim, torna-se fundamental a validação de dados altimétricos obtidos por sensoriamento remoto. Os dados SRTM de elevação são resultado de uma missão orbital por RADAR interferométrico que corresponde à topografia da superfície da Terra, considerando inclusive a influência da vegetação no retorno do sinal. O objetivo deste trabalho é validar os dados SRTM para as condições do semi-árido brasileiro. Para isto foram elaboradas comparações e análise estatística de dados obtidos no campo com GPS diferencial e outras bases de dados referenciais existentes, cartas planialtimétricas DSG/ SUDENE e dados de RN do IBGE em pontos localizados na bacia do rio Jaguaribe situada no semi-árido cearense. Os resultados apresentaram erro altimétrico de aproximadamente 7,0 m com relação aos RNs da bacia. Com uso do DGPS em um relevo plano com baixa declividade e com vegetação de porte baixo os resultados apontam um erro altimétrico de aproximadamente 1,7 m. Conclui-se que, apesar da influência da cobertura vegetal na variação altimétrica, os dados SRTM apresentam-se confiáveis para regiões com vegetação típica do semi-árido.

Topography is a major factor for understanding hydrological and environmental dynamics. Therefore, validation of the altimetric data obtained by remote sensing is required. SRTM data are a result of an orbital mission by interferometer RADAR, corresponding to the Earth surface topography, also considering the influence of vegetation in the signal. The objective of this work is to validate SRTM data for the semi-arid conditions in Northeast Brazil. The methodology used consists in the comparison and statistical analysis of field data obtained with a differential GPS (DGPS) and other existing data bases such as the DSG/SUDENE topographic maps and level reference points from IBGE in the Jaguaribe basin, located in the semi-arid region of Ceará Federal State. Results present an elevation error of approximately 7 m in relation to the level reference points in the basin. The use of DGPS on a plan relief with very low slopes and vegetation with low height, resulted on an elevation error of approximately 1.7 m. It can be concluded that, despite the influence of the vegetation cover on the altimetric variation, SRTM data are reliable for regions with vegetation type typical of semi-arid regions.

O estudo desenvolveu-se com o objetivo de classificar o nível de vulnerabilidade à contaminação da água subterrânea numa região limitada da Bacia Sedimentar do Araripe. A área abrange oito municípios localizados no sul do Estado do Ceará, na região Nordeste do Brasil. A metodologia baseia-se na aplicação do Método GOD (Foster & Hirata, 1988), que consiste na caracterização, por meio de índices, do grau de confinamento da água subterrânea, da ocorrência dos estratos de cobertura e do nível do lençol freático. O resultado final é obtido pela multiplicação dos índices e corresponde a um mapa geral com indicação dos níveis de vulnerabilidade da área. Os resultados, em termos percentuais, revelam que a área apresenta vulnerabilidade à contaminação predominantemente variando de média (41%) à alta (59%), evidenciando a necessidade de desenvolvimento e implantação do zoneamento de proteção do manancial.

The main object of this research is to classify the groundwater vulnerability to contamination in a limited area of the Sedimentary Basin of Araripe. The area includes eight counties located in the south of the State of Ceará, in the Northeast region of Brazil. The methodology was based on the GOD method (Foster & Hirata, 1988) that consists in the analysis of the groundwater presence, the overall geological stratification of aquifer and the depth of water. The methodology uses several indexes to classify the aquifer. The final result is obtained by the multiplication of the indexes and they can be used to generate a map that indicates the distribution vulnerability levels of the aquifer. The results, in percentile terms, indicate that the area presents predominant vulnerability to contamination between moderate (41%) to high (59%), suggesting the need for development and implementation of groundwater protection zoning.

O objetivo deste trabalho foi avaliar os impactos das mudanças climáticas na demanda de água para irrigação de culturas perenes, na Bacia do Jaguaribe, no Estado do Ceará. Foi empregado o sistema integrado de modelagem regional PRECIS ("Providing Regional Climates for Impact Studies"), e aplicado o método de redução de escala de bacia hidrográfica, com as condições de contorno do modelo climático regional (HadRM3P). Foi utilizado um conjunto de climatologia de base do modelo de 1961 a 1990 e de projeções climáticas futuras. As coordenadas geográficas da região em estudo foram consideradas para interpolação num sistema de informação geográfica. A evapotranspiração de referência foi estimada por meio de dados da temperatura média mensal. As mudanças climáticas projetadas aumentaram a demanda projetada de água para irrigação, porque a evapotranspiração foi estimada para aumentos de 3,1 a 2,2% e a precipitação pluvial foi estimada para diminuições de 30,9 a 37,3%. O aumento da necessidade hídrica foi estimada em 32,9% a 43,9%, para o ano de 2040, conforme o cenário analisado.

The aim of this study was to estimate climate change impacts on irrigation water demand for permanent crops. The PRECIS (Providing Regional Climates for Impact Studies) system was applied, and downscaling techniques were used at the river basin level, with the boundary conditions of the regional climate model (HadRM3P). A climate data set was generated for 1961 to 1990 (baseline) and for future climate projections. The regional geographical coordinates were considered for interpolation in a georeferenced coordinated system. The reference evapotranspiration was estimated through data of monthly average temperature. Projected climate change increased projected irrigation water demand, because evapotranspiration was estimated to increase by 3.1 to 2.2% and rainfall was estimated to decrease by 30.9 to 37.3%. The 2040 water need was estimated to increase by 32.9% to 43.9%, according to the analyzed scenario.

Esse estudo apresenta a aplicação da teoria de conjuntos difusos como ferramenta para otimizar a previsão de consenso (PC) sazonal de chuva da Região Semi-Árida do Nordeste do Brasil (RSANEB) para o período de 1985-1996. Foram utilizados como variáveis de entrada parâmetros termodinâmicos sobre e nos Oceanos Atlântico e Pacífico Tropicais. Os resultados mostraram que qualitativamente, na escala interanual, o resultado determinístico dessa técnica aplicada a PC foi capaz de prever pelo menos uma das categorias da variável de saída (total de chuva de fevereiro a maio da RSANEB). Quantitativamente, os menores erros foram observados para os anos classificados na variável de saída nas categorias de Normal (N), Chuvoso (C), e Muito Chuvoso (MC), com correlações que variam de 0,8 a 0,85, dependendo do método de desfuzificação usado. Esta técnica permite unificar em um resultado determinístico todas as informações climáticas usadas na previsão sazonal de chuva da RSANEB, possibilitando seu prognóstico em mais de uma categoria, informando a mais provável a vir a ocorrer em função do seu nível de pertinência.

This study presents the application of fuzzy sets theory as a tool for sazonal rain forecast of Semi-Arid Northeast Region of Brazil for the period of 1985-1996. Thermodynamic parameters in Tropical Atlântic and Pacific Oceans were used as input variables. The results have shown that qualitatively, in an annual scale, this technique was able to forecast at least one of the categories of the output variable (total February/May rain in the of Semi-Arid Northeast Region of Brazil). Quantitatively, the smallest errors have been observed for the years classified according to the output variable in the categories of Normal (N), Rainy (C), and Very Rainy (MC), with correlation coefficients ranging fron 0.8 to 0.85, depending on the defuzzification method used. This technique allows for the unification of all the climatic information used in the rain foreceast of Semi-Arid Northeast Region of Brazil and leads to a forecast grouped in more than one category, informing the one most likely to occur as a function of its membership value.

A determinação da quantidade de percolado gerado em aterros sanitários continua sendo uma tarefa difícil, principalmente no semi-árido nordestino onde predominam caracteríticas meteorológicas e geológicas bem peculiares. O programa HELP (avaliação do comportamento hidrológico em aterros sanitários), desenvolvido por Schroder et al (1984), foi utilizado na simulação de várias configurações de drenagem de fundo. Aplicou-se ao modelo, dados meteorológicos e de solos da região onde está o aterro sanitário de Caucaia (ASMOC), a qual é representativa do semi-árido nordestino. Três características da drenagem de fundo foram variadas (configuração da drenagem, inclinação de fundo e adição de uma camada drenante com alta permeabilidade) com o objetivo de avaliar a altura da coluna de percolado, a quantidade de percolado infiltrado no solo e o volume coletado para tratamento. Nas trincheiras sem camada drenante, o aumento da inclinação de fundo e a alteração da configuração dos drenos tiveram pouca influência sobre as variáveis estudadas. A adição da camada drenante proporcionou uma redução significativa da altura da coluna e na infiltração de percolado no solo, mostrando que é um componente fundamental para o bom funcionamento do sistema de drenagem horizontal em aterros sanitários.

Leachate quantification in sanitary landfills has always been a difficult task for designers. In the semi-arid northeast of Brazil, where meteorological and geological characteristics are very peculiar, this task becomes even more complicated. With the aid of the computer program HELP-Hydrologic Evaluation of Landfill Performance developed by Schroeder et al (1984), and using local meteorological and geological data, various scenarios were simulated altering trench bottom inclination, drainage system configurations, and adding a layer with high hydraulic conductivity. With those changes, leachate head accumulated in the waste, leachate soil infiltration and collection were studied. The results showed that in the trench without drainage layer the increase in trench bottom inclination had practically no effect in the studied variables while drainage configuration changes affected those variables in a small scale. With the addition of the drainage layer, it was observed a significant decrease in the leachate head and soil infiltration. The addition of the drainage layer also makes the effects of bottom inclination and drainage system configuration changes, unimportant.