RESUMO As funções de retenção de água no solo e condutividade hidráulica são indispensáveis para a caracterização e modelagem dos processos de infiltração e transferência de água na zona vadosa. No caso do semi-árido brasileiro, caracterizado pela escassez de recursos hídricos, faltam informações sobre as propriedades hidrodinâmicas do solo. Além disso, essas propriedades possuem inúmeros fatores de variabilidade, sendo essencial a caracterização de sua magnitude, bem como sua distribuição no espaço. Esta pesquisa apresenta uma análise das propriedades hidrodinâmicas de um solo sob mata nativa da Caatinga, típica do semi-árido brasileiro, observando sua distribuição espacial. Uma malha de 48 pontos foi desenvolvida em uma área de aproximadamente 875 m2, onde foi aplicada a metodologia Beerkan. As análises foram realizadas com base na aplicação do algoritmo BEST-Slope e em medidas estatísticas de posição, dispersão e aderência. Os resultados mostraram índices de variabilidade médios a altos para as propriedades hidrodinâmicas, com distribuição espacial aleatória, apesar da verificação de uma textura homogênea na área. Assim, verificou-se que a estrutura do solo foi preponderante nos processos de infiltração de água.

ABSTRACT The functions of soil water retention and hydraulic conductivity are indispensable for the characterization and modeling of the infiltration and water transfer processes in the vadose zone. In the case of the Brazilian semi-arid region, characterized by the scarcity of water resources, there is a lack of information on the hydrodynamic properties of the soil. Also, these properties have numerous factors of variability, requiring the characterization of their magnitude and distribution in space. This research presents an analysis of the infiltration process and the hydrodynamic properties of the soil under native Caatinga forest, observing its spatial distribution. This vegetation is typical of the Brazilian semi-arid region. One developed a 48-point grid in an area of approximately 875 m2, and applied on it the Beerkan methodology. The analyzes were performed based on the application of the BEST-Slope algorithm and statistical measures of the position, dispersion, and adherence tests. The results showed medium to high variability indices for the hydrodynamic properties, with random spatial distribution, despite the verification of a homogeneous texture in the area. Thus, it was found that the soil structure was predominant in the processes of water infiltration.

Resumo As lavanderias de Jeans geram grandes vazões de efluentes com elevada carga orgânica, cor e outros poluentes, o que dificulta sua adequação para lançamentos dentro dos limites legais. Filtros lentos de areia (FLA) com fluxo descendente foram testados durante 7 dias, em escala de bancada, a fim de propor um pós-tratamento de efluentes de uma Estação de Tratamento de Efluentes de lavanderia de jeans. Nesta pesquisa, foi avaliada a remoção dos seguintes parâmetros: cor, turbidez, demanda química e bioquímica de oxigênio, condutividade, amônia, fósforo total e salinidade. O experimento contou com quatro FLA: o primeiro alimentado com água destilada e os outros três alimentados com o efluente têxtil (triplicatas). Os FLA removeram 91% de amônia, 61,24% de cor, 89,43% de turbidez e 83,54% de fósforo. Quanto à remoção de matéria orgânica, em média houve remoção de 98,11% para DBO e 81,17% para DQO, demonstrando que os FLA foram eficientes na remoção de materiais particulados e dissolvidos.

Abstract Jean laundering generates significant effluent flows with a high organic load, color, and other pollutants, making it difficult to adjust effluent releases within legal limits. Slow Sand Filters (SSF) with downflow were tested for seven days (bench scale), to propose an after-treatment of effluents from an Effluent Treatment Plant of a jean laundry. The research evaluated the removal of the following parameters: color, turbidity, chemical and biochemical oxygen demand, conductivity, ammonia, total phosphorus and salinity of the textile effluent. The experimental apparatus had four SSF: the first filter was fed with distilled water, while the other three filters (triplicates) were fed with effluent. The filters had, on average, the following removal efficiencies: 91% for ammonia, 61.24% color, 89.43% turbidity, and 83.54% for phosphorus. Regarding the removal of organic matter, 98.11% for BOD and 81.17% for COD, demonstrating that SSFs were efficient in removing particulate, dissolved materials and organic matter.

RESUMO O elevado processo de urbanização tem provocado profundas alterações nos componentes do ciclo hidrológico, ocasionando diversos problemas como inundações, degradação das águas pluviais, entre outros. As técnicas de Desenvolvimento de Baixo Impacto (LID) provaram ser uma alternativa viável e eficaz na gestão das águas pluviais, reduzindo o escoamento superficial e aumentando a capacidade de infiltração e evapotranspiração das áreas urbanas. A previsão do funcionamento de uma técnica compensatória como um pavimento permeável depende das propriedades hidrodinâmicas das camadas do pavimento permeável, bem como das propriedades hidráulicas do subsolo. Os modelos baseados na solução numérica da equação de Richards têm sido os mais utilizados para a estimativa dos processos de transferência de água. O objetivo deste trabalho foi investigar a influência dos parâmetros hidrodinâmicos no comportamento hidráulico de um pavimento permeável instalado na cidade de Recife-PE. O efeito de 5 parâmetros hidrodinâmicos foi analisado para um pavimento permeável altamente heterogêneo. Foi utilizado o modelo Hydrus 1-D para simular os processos de transferência de água num pavimento permeável. Inicialmente foi realizada uma análise de sensibilidade do grau de refinamento da malha para simulação dos processos de transferência no pavimento permeável. O método de superfície de resposta foi aplicado para a análise de sensibilidade aos parâmetros hidrodinâmicos. As estimativas foram realizadas para as escalas de tempo diária e horária. Como resultados, observou-se que a discretização espacial não exerceu influência nos cenários das variáveis de fluxo. O uso de uma escala de tempo diária diminuiu a influência dos eventos de maior intensidade de precipitação, subestimando a geração de escoamento superficial. A lâmina escoada apresentou maior sensibilidade aos parâmetros da camada superficial, principalmente à condutividade hidráulica saturada. A infiltração e recarga acumuladas apresentaram baixa sensibilidade à variação dos parâmetros. A estimativa da lâmina armazenada no perfil foi mais sensível aos parâmetros ‘θs’ e ‘n’ da camada de subbase. A utilização de dados de entrada climatológicos com diferentes resoluções temporais para a simulação dos processos de transferência de água na seção do pavimento permeável demonstrou que na resolução diária os parâmetros hidrodinâmicos apresentam maior influência que as variáveis climáticas. A utilizados de dados climatológicos com resolução temporal horária demonstrou que o escoamento superficial foi hipoteticamente controlado pelas variáveis meteorológicas. A análise de sensibilidade da malha e dos parâmetros pode influenciar pesquisas que busquem entender os processos de transferência de água em uma estrutura como um pavimento permeável através da equação de Richards, gerando um menor custo operacional e dando celeridade às simulações.

ABSTRACT The high urbanization process has caused profound changes in the components of the hydrological cycle, causing various problems such as flooding, rainwater degradation, among others. Low Impact Development (LID) techniques have proven to be a viable and effective alternative to stormwater management, reducing runoff, and increasing the infiltration and evapotranspiration capacity of urban areas. The operation prediction of a compensatory technique, such as permeable pavement, depends on the hydrodynamic properties of the permeable pavement layers and the subsoil properties. The numerical solutions based on the solution of Richards’ equation have been the most used to estimate water transfer processes. The objective of this work was to investigate the influence of hydrodynamic parameters on the hydraulic behavior of a permeable pavement installed in Recife-PE. The effect of 5 hydrodynamical parameters was analyzed for a highly heterogeneous permeable pavement. The Hydrus 1-D model was used to simulate water transfer processes on the permeable pavement. Initially, a sensitivity analysis of the mesh refinement degree was performed to simulate the transfer processes in the permeable pavement. The response surface method was applied to the hydrodynamic parameters to perform the sensitivity analysis. The calculations were carried out for hourly and daily time scales. As a result, it was observed that the spatial discretization had no influence on the scenarios of the flow variable. The use of a daily time resolution reduced the influence of events with higher precipitation intensity, underestimating the generation of runoff. The surface runoff showed higher sensitivity to the parameters of the superficial layer, especially to the saturated hydraulic conductivity. The cumulative infiltration and groundwater recharge showed low sensitivity when the hydrodynamic parameters of the retention curve and the saturated hydraulic conductivity varied. The volume of water stored in the profile showed higher sensitivity to the ‘θs’ and ‘n’ parameter of the subbase layer. The use of meteorological input data with different temporal resolutions for the simulation of the water transfer processes in the permeable pavement section demonstrated that the hydrodynamic parameters have a higher influence than the climatic variables in the daily resolution. The use of meteorological data with hourly temporal resolution demonstrated that runoff was hypothetically controlled by meteorological variables. The mesh and parameter sensitivity analysis can influence researches that seek to understand water transfer processes in a structure as a permeable pavement through the Richards’ equation, generating a lower operating cost and speeding up simulations.

Resumo O semiárido pernambucano é uma região que apresenta grande déficit hídrico, levando a população a explorar os recursos hídricos subterrâneos como os aquíferos aluvionares. O estado de Pernambuco também se destaca por conter o segundo maior polo de confecções têxteis do Brasil. No entanto, o lançamento direto de efluentes têxteis provenientes das indústrias da região tem intensificado os impactos negativos na conservação da água e dos solos aluvionares. O objetivo deste trabalho consiste na caracterização da sorção do corante Direct Black 22 (DB22) em solos de duas camadas de um aluvião na bacia do Capibaribe-PE. Os ensaios de Bacth (cinética e isotermas de sorção) permitiram avaliar o potencial de retenção e mobilidade desse composto nesse ambiente. A cinética de sorção foi verificada com os tempos de agitação de 0,25; 0,5; 1; 2; 4; 6; 8; 10; 12; 24; 48 e 72 horas e os dados experimentais foram ajustados aos modelos cinéticos de primeira e segunda. A isoterma ocorreu com concentrações de 1; 5; 10; 15; 20; 32,5 e 40 mg.L-1, e os dados experimentais foram ajustados ao modelo linear, de Freundlich e de Langmuir. A cinética de sorção do DB22 foi melhor descrita pelo modelo de segunda ordem e as isotermas de sorção para Camadas 1 e 2 ajustaram-se adequadamente aos modelos de Freundlich e Linear. Os teores de matéria orgânica e a capacidade de troca catiônica das camadas de solo foram propriedades que influenciaram na sorção do corante. A camada superficial privilegia fenômenos de retenção do corante enquanto que a camada subsuperficial privilegia fenômenos de mobilidade do corante.

Abstract The semiarid region of Pernambuco has a large water deficit, leading the population to explore groundwater resources such as alluvial aquifers. The state of Pernambuco also stands out for having the second-largest textile manufacturing center in Brazil. However, the direct discharge of textile effluents from the region's industries has intensified the negative impacts on water conservation and alluvial soils. This work characterized the sorption of Direct Black 22 dye (DB22) in two layers of alluvial soil in the Capibaribe-PE basin. Batch experiments (kinetics and sorption isotherms) allowed the evaluation of the retention potential and mobility of this compound in this environment. Sorption kinetics were verified for stirring times of 0.25; 0.5; 1; 2; 4; 6; 8; 10; 12; 24; 48 and 72 hours and the experimental data was adjusted to the first- and second-order kinetic models. The isotherm occurred with concentrations of 1; 5; 10; 15; 20; 32.5 and 40 mg.L-1 and experimental data was adjusted to the linear, Freundlich and Langmuir models. The sorption kinetics of DB22 was best described by the second-order model, while the Freundlich and Linear models properly fitted sorption isotherms for Layers 1 and 2. The organic matter contents and the cation-exchange capacity of the soil layers influenced the sorption of the dye. The superficial layer privileges dye retention phenomena, while in the subsurface layer dye mobility phenomena prevail.

RESUMO Nas regiões semi-áridas, as altas taxas de evaporação interferem na disponibilidade de água no solo. Normalmente, é difícil medir e modelar a evaporação devido à complexidade dos métodos disponíveis, ao baixo teor de umidade do solo e à baixa concentração de vapor de água no ar. Isso também pode dificultar o monitoramento e a simulação da evapotranspiração nessas regiões. Assim, o método da Câmara Portátil (CP) é utilizado para medir diretamente a evaporação e a evapotranspiração em tempo real e em curtos intervalos de tempo, dando uma estimativa mais detalhada desses processos. O objetivo deste estudo foi avaliar a evaporação através da transferência de massa no solo numa barragem subterrânea sob diferentes profundidades e condições do lençol freático do ambiente semiárido do Estado de Pernambuco, nordeste do Brasil, através dos valores preditos pelo modelo SiSPAT e medidos pelo método de câmara portátil. Para o propósito da modelagem e também para conhecer melhor o comportamento do solo, as propriedades hidráulicas do solo foram determinadas pelo método de Beerkan. O método da Câmara Portátil apresentou resultados consistentes com o potencial de evaporação do solo nu no semiárido pernambucano/ Nordeste do Brasil, atingindo cerca de 1.800 mm por ano. O modelo SiSPAT foi bastante satisfatório para a simulação da evaporação do solo em diferentes condições da profundidade do lençol freático. Os valores encontrados para a evaporação do solo com a simulação do método SiSPAT e da Câmara Portátil (CP) diferiram em 1,43% e 4,44% para os casos em que o lençol freático estava em 0,20 e 1,20m de profundidade, respectivamente.

ABSTRACT In semi-arid regions, there is a high evaporation, which leads to soil dryness, interfering in the availability of water in the soil. Usually it is difficult to measure and model the evaporation due to the complexity of the available methods, the low soil water content and the low concentration of water vapor in the air. This can also make it difficult to monitor and simulate the evapotranspiration in these regions. Thus, the Portable Chamber method is used to directly measure evaporation and evapotranspiration, because this technique allows real time estimation and in short time intervals, giving a more detailed estimation of those processes. The objective of this study was to evaluate the evaporation through the mass transfer in the soil in an underground dam under different water table depths and conditions of the semi-arid environment of Pernambuco State in Brazil, through the values predicted by the SiSPAT model and measured by the portable chamber method. For the purposing of modeling and also to better know the soil behavior, soil hydraulic properties were determined though the Beerkan method. The portable chamber method was applied for one of the first times in a semi-arid region of Northeastern Brazil, and it was consistent with the potential evaporation of bare soil, reaching about 1,800 mm per year. The SiSPAT model was quite satisfactory for simulation of soil evaporation in different conditions of the water table depth. The values found for soil evaporation with the simulation of the SiSPAT and the Portable Chamber (PC) method differed in 1.43% and 4.44% for cases where the water table was at 0.20 and 1.20m of depth, respectively.