Abstract Waste generated by mineral extraction is globally associated with environmental disturbances due to its deleterious effect on water resources. However, research focused on the influence of mine tailings resulting from the extraction of semi-precious stones on fluvial systems is still incipient in the environmental literature. From this perspective, this study quantified the average concentrations of major oxides present in the fine fractions of the sediment samples from the Várzea river, in the State of Rio Grande do Sul, southern Brazil, using wavelength dispersive X-ray fluorescence spectrometry. This region is acknowledged as the largest rock amethyst mining area in the world. Additionally, geochemical indices were established to characterize potential sources of production, maturity, degree of weathering, and sediment pollution. To evaluate the influence of mine tailings on the Várzea river sediments, the contents of Al2O3, Fe2O3, MnO, P2O5, CaO, SiO2, K2O, CuO, ZnO, and TiO2 major oxides present in sediment samples were determined and compared to the local background values; the values varied significantly (p < 0.05), classifying them as polluted and medium polluted. Also, the sediment samples with evident characteristics of extreme chemical weathering consist mainly of clay minerals and mafic igneous rocks, and similarities were found between sediment samples and tailings from the mineral extraction zone. The Principal Component Analysis and the cluster analysis also suggest the existence of three distinct mineral oxide groups, differentiating the zones leaving and upstream the mining zone from the other sampling points.

RESUMO Os rejeitos de atividades de extração mineral são mundialmente associados a distúrbios ambientais devido a sua capacidade de atuação deletéria sobre os recursos hídricos. No entanto, o número de estudos sobre a influência dos rejeitos de zonas de extração de rochas semipreciosas sobre sistemas flúvicos ainda é incipiente na literatura da área ambiental. Nessa perspectiva, foram quantificadas pela técnica de espectrometria de fluorescência de raios-X por dispersão de comprimento de onda as concentrações médias de óxidos minerais majoritários presentes nas frações finas das amostras de sedimentos do Rio da Várzea, Sul do Brasil, maior região mundial extratora de rochas ametista. Somado a isso, avaliou-se a qualidade ambiental e caracterizaram-se as potenciais fontes por meio de índices geoquímicos. Os resultados consideram a provável influência dos rejeitos de mineração sobre os sedimentos do rio da Várzea, classificando-os como não poluído a moderadamente poluído e, quando comparados ao background local, apresentam variâncias significativas (p < 0,05) para os óxidos minerais Al2O3, MnO, CaO, SiO2, K2O e TiO2. Além disso, as amostras de sedimentos que apresentaram características de intemperismo químico extremo são formadas por argilominerais e rochas ígneas máficas, e foram encontradas similaridades entre as amostras de sedimentos e os rejeitos da zona de extração mineral. Conclui-se que os rejeitos de rochas basálticas, acúmulos de fronte aos garimpos, funcionam como fonte de estresse ambiental no sistema hídrico.

RESUMO Este artigo apresenta uma nova ferramenta computacional chamada NH SEDIMENT AND STATISTIC, que realiza cálculos hidrossedimentológicos e estatísticos usando o Visual Basic. Essa ferramenta computacional foi desenvolvida para estudos relacionados a cálculos de transporte de sedimentos em rios. A ferramenta inclui métodos hidrossedimentológicos para calcular cargas de suspensão, cargas de leito e descarga total de sólidos. Além disso, fornece ao usuário a possibilidade de realizar testes estatísticos, como o teste de normalidade Kolmogorov-Smirnov, teste F e teste de variância do χ2, teste T de Student, teste não paramétrico de Wilcoxon e cálculos estatísticos de parâmetros. O NH SEDIMENT AND STATISTIC calcula e fornece automaticamente os principais resultados para cada um dos métodos, permitindo que o usuário tire suas próprias conclusões. Essa ferramenta computacional proposta suporta estudos hidrossedimentológicos e é confiável e fácil de usar, contribuindo para a redução de problemas relacionados a sedimentos nas áreas de engenharia hidráulica, geologia, conservação de solo e água. Além disso, essa ferramenta pode ser usada em áreas científicas transdisciplinares para um planejamento e gerenciamento completos dos recursos hídricos.

ABSTRACT This paper presents a new computational tool called NH SEDIMENT AND STATISTIC which performs hydrosedimentological and statistical calculations using Visual Basic. This computational tool was developed for studies related to calculations of sediment transport in rivers. The tool includes hydrosedimentological methods for calculating suspension loads, bed loads, and total solid discharge. In addition, it provides the user with the possibility of performing statistical tests such as the Kolmogorov-Smirnov normality test, F test and χ2 test of variance, Student's t-test, non-parametric Wilcoxon test, and statistical parameter calculations. The NH SEDIMENT AND STATISTIC automatically calculates and provides the main results for each of the methods, allowing the user to draw their own conclusions. This proposed computational tool supports hydrosedimentological studies, and is reliable and easy to use, contributing to the reduction of sediment-related problems in the areas of hydraulic engineering, geology, and soil and water conservation. Furthermore, this tool may be used in transdisciplinary scientific areas for complete planning and management of water resources.

Resumo O estudo do regime hídrico das chuvas auxilia nas análises de gestão e em tomadas de decisão nas bacias hidrográficas, mas uma condição fundamental é a necessidade de séries temporais contínuas de dados. Diante disso, o objetivo do presente estudo foi realizar a comparação entre os métodos de preenchimento de falha em dados de precipitação e validá-los através de técnicas estatísticas robustas. Foram utilizados dados de precipitação localizados no município de Itirapina que conta com quatro estações de monitoramento. Foi empregado quatro técnicas de preenchimento de falhas, sendo: método razão normal, ponderação distância inversa, regressão múltipla e redes neurais artificiais, no período de 1979 a 1989. Para validação e avaliação do desempenho utilizou-se o coeficiente de determinação (R²), erro absoluto médio (MAE), erro quadrático médio (RMSE), coeficiente de Nash-Sutcliffe (Nash), índice de concordância (D), índice de confiança (C) e através de técnicas não paramétricas com teste de Mann-Whitney e Kruskal-Wallis. Foram verificados ótimos desempenhos dos dados reais em comparação aos dados estimados, com valores acima de 0,8 do coeficiente de determinação (R²) e de Nash. Para os testes de Kruskal-Wallis e Mann-Whitney não foram significativos nas estações C1 e C2, demonstrando que existe diferença entre os dados reais e estimados e entre os métodos propostos. Pôde-se concluir que os métodos de regressão múltipla e redes neurais apresentaram os melhores desempenhos. A partir desse estudo verificou-se ferramentas eficientes para o preenchimento de falha promovendo assim, uma melhor gestão e operação dos recursos hídricos.

Abstract The study of the hydric regime of rainfall helps in management analysis and decision-making in hydrographic basins, but a fundamental condition is the need for continuous time series of data. Therefore, this study compared gap filling methods in precipitation data and validated them using robust statistical techniques. Precipitation data from the municipality of Itirapina, which has four monitoring stations, were used. Four gap filling techniques were used, namely: normal ratio method, inverse distance weighting, multiple regression and artificial neural networks, in the period from 1979 to 1989. For validation and performance evaluation, the coefficient of determination (R²), mean absolute error (MAE), mean squared error (RMSE), Nash-Sutcliffe coefficient (Nash), agreement index (D), confidence index were used (C) and through non-parametric techniques with Mann-Witney and Kruskal-Wallis test. Excellent performances of real data were verified in comparison with estimated data, with values above 0.8 of the coefficient of determination (R²) and of Nash. Kruskal-Wallis and Mann-Whitney tests were not significant in Stations C1 and C2, demonstrating that there is a difference between real and estimated data and between the proposed methods. It was concluded that the multiple regression and neural network methods showed the best performance. From this study, efficient tools were found to fill the gap, thus promoting better management and operation of water resources.

RESUMO A erosão do solo em carreadores de cana-de-açúcar é um problema que não pode ser desprezado, dado o aumento de área plantada com essa cultura no território brasileiro. No presente artigo, são estimadas as perdas de solo, através do emprego da Equação Universal de Perdas de Solo (EUPS), de quatro trechos de carreadores de cana de uma fazenda no município de Itirapina (SP). Os resultados mostraram estimativas de perdas que variaram de 60,6 a 90,1 t.ha-1 para o tipo de solo Neossolo Quartzarênico.

ABSTRACT Soil erosion in earth roads of sugar cane is a problem that cannot be ignored, given the increase in planted area to this crop in Brazil. In this article soil losses are estimated using the Universal Soil Loss Equation (USLE), at four stretches of sugar cane earth roads of a farm at Itirapina (São Paulo State). Results showed that loss estimates ranged from 60.6 to 90.1 t.ha-1 for typic Quartzipsamment soil.

Resumo A conservação ambiental das bacias hidrográficas em geral é essencial para a qualidade da água e manutenção ecológica, especialmente nas áreas de nascentes. Apesar de se caracterizar como uma Unidade de Conservação de Uso Sustentável, as terras altas da bacia do rio Uberaba são altamente influenciadas por atividades antrópicas. O objetivo deste estudo foi determinar diferentes níveis de conservação necessários para a manutenção da qualidade ambiental. Utilizou-se o método Avaliação Multicritérios segundo os passos: i) aplicação de funções de pertinência fuzzy para padronização dos valores de dados contínuos ou reclassificação quando critérios categóricos; ii) hierarquização dos critérios por comparação da importância relativa a partir do método Processo Analítico Hierárquico e; iii) realização da Combinação Linear Ponderada. Os critérios selecionados foram mapas de: cobertura do solo obtido por classificação supervisionada de imagem de satélite, com 94% de índice estatístico Kappa, tipos de solo, declividade, distâncias a partir dos rios, estradas, ferrovia e limites urbanos. Um dos principais resultados dos critérios avaliados é um mapa de valores de dados contínuos que expressam níveis distintos de requisitos de conservação ambiental. Os maiores valores que expressam a necessidade de conservação ocorreram próximos ao divisor de águas, correspondendo a vegetação nativa, alta declividade e solos hidromórficos. Os menores valores foram observados nas áreas periurbanas, em solos mais estáveis e cobertura do solo com maior grau de ocupação. Conclui-se que o mapa resultante pode auxiliar na tomada de decisão quanto ao manejo adequado da área, visando a sustentabilidade na aplicação de políticas de ocupação.

Abstract Environmental conservation of river basins in general is essential for water quality and ecological maintenance, especially in spring areas. Despite being characterized as a Conservation Unit (CU) of Sustainable Use (SU), the Uberaba River Basin highlands are highly influenced by anthropic activities. The aim of this study was to determine different levels of conservation required to maintain environmental quality. The Multicriteria evaluation method was used as follows: i) applied fuzzy membership functions to standardization of the continuous data values or reclassified when categorical criteria; (ii) established criteria ranking through the pairwise relative importance comparison approach by the Analytical Hierarchy Process (AHP) method and; (iii) performed Weighted Linear Combination (WLC). The selected criteria were maps of the: land cover obtained by supervised classification of a satellite image, with 94% of Kappa Index of Agreement (KIA); soil types, slope; distances from rivers, roads; railways and urban limits. A main outcome of the criteria evaluated is a map of continuous data values expressing distinct levels of environmental conservation requirements. The highest values that express the need for conservation occurred near the ridgetop, corresponding to forest land cover, high slope and hydromorphic soils. The lowest values were observed in the peri-urban areas, in more stable soil and soil cover with a higher degree of occupation. It is concluded that the resulting map can assist in decision-making regarding proper management of the area, to achieve sustainability in the application of occupation policies.

RESUMO O sedimento encontrado na seção transversal de rios ou reservatórios é resultado das interações ocorridas em uma bacia hidrográfica, sejam elas decorrentes de fatores naturais ou antrópicos. Apesar da quantidade de sedimentos no rio ser o resultado dos processos que acontecem dentro da bacia, os métodos de estimativa de sedimentos baseados nessas características, ou seja, métodos determinísticos, apresentam grandes variações devido ao grande número de variáveis interferentes. Aqui foi aplicada a teoria da entropia, método não determinístico, para estimar o perfil da concentração de sedimentos a montante, a jusante e no interior de um reservatório, propondo a relação entre dois parâmetros com a finalidade de facilitar a estimativa. Foi verificado que é possível utilizar a teoria da entropia para simular o perfil de concentração de sedimentos em reservatórios. A utilização da relação entre os parâmetros facilita os cálculos, reduz o número de parâmetros modelados e, consequentemente, o tempo computacional, além de representar melhor as variações da concentração de sedimentos ao longo do perfil.

ABSTRACT The sediment found in the cross section of a river or a reservoir is the result of interactions that occur in a watershed, whether from natural or anthropogenic factors. There are still changes in the riverbed conditions depending on the type of sediment, flow velocity, changes in slope and human interventions such as hydraulic works. Although the amount of sediment in the river is the result of processes that occur within the basin, the estimation methods of sediment based on these characteristics, that is, deterministic methods, vary widely due to the large number of interfering variables. This paper deals with the application of the entropy theory, a non-deterministic method to estimate the profile of sediment concentration upstream, downstream and within a reservoir. A relationship between two parameters in order to facilitate the estimation was proposed. It can be observed that it is possible to apply entropy theory to simulate the sediment concentration profile in reservoirs. The use of the relationship between parameters facilitates calculations, reduces the number of modeled parameters and consequently the computational effort and better represents the variation of sediment concentration along the profile.

RESUMO Como alternativa ao preenchimento de falhas em séries de precipitação média mensal buscou-se desenvolver uma metodologia baseada apenas em dados observados disponíveis nas estações pluviométricas presentes na área de estudo e seu entorno. Para isso desenvolveu-se uma ferramenta computacional em ambiente de sistema de informações geográficas, com uso de scripts na linguagem Python. A partir de uma série de dados sem falhas impô-se falhas aleatórias para avaliação da metodologia apresentada. Posteriormente, os valores obtidos foram comparados às precipitações médias obtidas por polígonos de Thiessen variáveis e por interpoladores pelo inverso da distância (IDW) variáveis. Avaliou-se o comportamento das séries obtidas por meio da análise de medidas de dispersão e pelo comportamento dos correlogramas e periodogramas. Foram obtidos resultados satisfatórios que demonstram a equivalência da proposta com resultados encontrados com os dois métodos de preenchimento de falhas de referência, com pequenas diferenças entre as séries obtidas, conforme proximidade dos Índices de Nash-Sutcliff. Não foram observadas diferenças significativas entre as precipitações médias obtidas por polígonos de Thiessen e interpoladores IDW.

ABSTRACT As an alternative to Gap filling in monthly average rainfall series, we attempted to present a methodology for the generation of series only with the observed data available in the rainfall stations present in the study area and its surroundings. For this, a computational tool was developed with a GIS approach, using scripts in the Python language, to automate the study steps. Two calculation alternatives for the mean precipitation, variable Thiessen polygons or variable inverse distance weights (IDW), were considered. Random gaps were imposed from a series of data without gaps allowing us to evaluate the presented methodology. The results of the series calculated according to this methodology were compared to two methods of Gap filling. The behavior of the series was evaluated through the analysis of position and dispersion measurements as well as the temporal behavior by the evaluation of the correlograms and periodograms. The results are found to be satisfactory, which demonstrates the equivalence of the proposal with results found with the gap filling methods under the tested conditions. The differences found between the series were small, which was reflected in the Nash-Sutcliffe Indexes. There were no significant differences between the calculation alternatives by Thiessen polygons or IDW weights.

This work brings as its main contribution the study of the phenomenon of density currents in non-stratified reservoirs, with flows in steady regimes. Flows are analyzed for a wide range of Reynolds and Richardson numbers in the entrance of the reservoir. Based on this hypothesis, a hybrid numeric model is presented considering the Reynolds Transport's Equation - focusing on the conservation for volume, mass and momentum - with the intention of obtaining three-dimensional components of velocities, reduced acceleration of gravity and geometric characteristics of currents along the reservoir. It is possible to notice in the numeric simulations, mainly, the need of complementation of the model that refers to the inclusion of the entrainment coefficient and the analysis in the unsteady regime.