Scielo RSS <![CDATA[RBRH]]> http://www.scielo.br/rss.php?pid=2318-033120190001&lang=en vol. 24 num. lang. en <![CDATA[SciELO Logo]]> http://www.scielo.br/img/en/fbpelogp.gif http://www.scielo.br <![CDATA[Phosphorus and thermotolerant coliforms’ loads in Brazilian watersheds with limited data: considerations on the integrated analysis of water quality and quantity]]> http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S2318-03312019000100201&lng=en&nrm=iso&tlng=en ABSTRACT Integrated analyses of the qualitative and quantitative aspects of aquatic ecosystems play an important role in decision making, which is linked to water resources management and promotion of ecosystem services. However, the possible advantages of such integration are still hampered by basic aspects, such as high uncertainties due to the partial and non-synchronized monitoring of discharges and observed concentrations of water quality variables. The lack of data has been limiting the adequate representation of a more accurate hydrological regime, which is in turn possibly affected by the potential effects of land use and size of drainage areas. The aim of this research was to discuss the advantages of the integrated analysis of qualitative and quantitative data from water bodies. Under different specific discharge regimes (L.s -1.km-2), we assessed the total phosphorus (TP, t.day-1 .km-2) and thermotolerant coliforms’ (TC, CFU.day-1.km -2) specific loads in rivers with different drainage areas (27-26,500 km 2) and land uses. We compared such loads with the admissible specific loads for these variables, which were estimated based on long-term average discharges and water quality guidelines (i.e., Brazilian environmental standards). Based on data from 2001-2013, we sought to contribute to the qualitative and quantitative analysis of surface waters, focusing on the discussion of the results on critical thresholds of duration and critical loads and discharges. The results showed the existence of significant time intervals with conflicts between the specific admissible and observed loads. This non-compliance varied between 10 and 100% of the duration of the regime for TP, and between 25 and 100% for TC, with a more critical situation observed in rivers with smaller drainage areas. The critical loads ranged from 1 10-4 to 8 10-3 t.day-1.km-2 (TP) and 1 10-2 to 1 10-1 CFU.day-1.km-2 (TC). Although a relatively limited dataset was considered (total N=1,402), the significant variations in discharges and critical loads highlighted the need for considering how these dynamics would affect the traditional methodology for estimating ecological flows, whose current approach is almost exclusively quantitative.<hr/>RESUMO Análises integradas dos aspectos qualitativos e quantitativos de ambientes aquáticos robustecem a tomada de decisão, que se vincula ao gerenciamento dos recursos hídricos e à promoção dos serviços ecossistêmicos. Contudo, as possíveis vantagens desta integração ainda esbarram em aspectos básicos, como elevadas incertezas devido ao monitoramento parcial e não sincronizado entre vazões e concentrações. A escassez de dados tem limitado a fiel representação mais acurada de um regime hidrológico, este sujeito aos potenciais efeitos de uso de solo e do tamanho das bacias de drenagem. O objetivo da presente pesquisa foi apresentar uma discussão inicial sobre as vantagens da análise integrada de dados quali-quantitativos dos recursos hídricos. Para isso, em diferentes regimes de vazões específicas (L.s-1.km-2), foram avaliadas cargas de fósforo total (FT, t.dia-1.km-2) e coliformes termotolerantes (CT, UFC.dia-1.km-2) em rios com diferentes áreas de drenagem (27-26.500 km2) e usos do solo. Tais cargas foram comparadas com as cargas específicas admissíveis para essas variáveis, estimadas com base em vazões médias de longo período e padrões de qualidade. Dessa forma, a partir da compilação de dados de 2001-2013, buscou-se contribuir para a análise quali-quantitativa das águas superficiais, focando a discussão dos resultados em limiares críticos de duração e cargas e vazões críticas. Os resultados evidenciaram a existência de significativos intervalos de tempo com conflitos entre as cargas específicas admissíveis e observadas. Essa incompatibilidade variou entre 10 e 100% da duração do regime para o FT, e entre 25 e 100% para os CT, com situação mais crítica observada nos rios com menores áreas de drenagem. As cargas críticas variaram entre 1 10 -4 e 8 10-3 t.dia-1.km-2 (FT) e 1 10 -2 e 1 10-1 UFC.dia-1.km-2 (CT). Embora com um número de dados relativamente limitado (Ntotal=1.402), as expressivas variações das vazões e das cargas críticas evidenciam a necessidade de uma reflexão sobre como essa dinâmica afetaria a metodologia tradicional para estimativa de vazões ecológicas, hoje baseada em abordagem, quase exclusivamente, quantitativa. <![CDATA[Initial abstraction ratio and Curve Number estimation using rainfall and runoff data from a tropical watershed]]> http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S2318-03312019000100202&lng=en&nrm=iso&tlng=en ABSTRACT The Curve Number (CN) method is extensively used for predict surface runoff from storm events. However, remain some uncertainties in the method, such as in the use of an initial abstraction (λ) standard value of 0.2 and on the choice of the most suitable CN values. Here, we compute λ and CN values using rainfall and runoff data to a rural basin located in Midwestern Brazil. We used 30 observed rainfall-runoff events with rainfall depth greater than 25 mm to derive associated CN values using five statistical methods. We noted λ values ranging from 0.005 to 0.455, with a median of 0.045, suggesting the use of λ = 0.05 instead of 0.2. We found a S0.2 to S0.05 conversion factor of 2.865. We also found negative values of Nash-Sutcliffe Efficiency (to the estimated and observed runoff). Therefore, our findings indicated that the CN method was not suitable to estimate runoff in the studied basin. This poor performance suggests that the runoff mechanisms in the studied area are dominated by subsurface stormflow.<hr/>RESUMO O método Curve Number (CN) é amplamente usado na predição do escoamento superficial a partir de eventos de chuva. No entanto, existem algumas incertezas no método tais como no uso da abstração inicial (λ) padrão igual a 0,2 e na escolha dos valores adequados de CN. Neste estudo, nós calculamos valores de λ e CN usando dados de chuva e vazão para uma bacia rural localizada no Centro-oeste do Brasil. Nós usamos 30 dados observados de eventos de chuva e vazão com precipitação maior que 25 mm para calcular valores de CN a partir de cinco métodos estatísticos. Encontramos valores de λ variando de 0,005 a 0,455, com uma mediana igual 0,045, sugerindo assim o uso de um valor de λ = 0,05 ao invés de 0,2. Encontramos uma taxa de conversão de S0,2 para S0,05 de 2,865. Também verificamos valores negativos de Nash-Sutcliffe Efficiency (para valores de escoamento superficial estimado e observado). Portanto, nossos resultados indicaram que o método CN não foi adequado para estimar o escoamento superficial na bacia estudado. Essa fraca performance sugere que os mecanismos de escoamento na área estudada sejam dominados pelo escoamento subsuperficial. <![CDATA[Mass balances of major solutes, nutrients and particulate matter as water moves through the floodplains of the Pantanal (Paraguay River, Brazil)]]> http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S2318-03312019000100203&lng=en&nrm=iso&tlng=en ABSTRACT In the upper Paraguay River basin, which includes the Pantanal, one of the largest wetlands in the world, rivers connection the surrounding upland plateaus with lowland floodplains. Agriculture, erosion, urban effluent, and hydropower in the uplands can alter the transport of materials by rivers to the Pantanal. Information about material transport, particularly nutrients, is still insufficient to evaluate changes. In this study we estimated rates of dissolved and suspended material transport from the upland watersheds into the Pantanal, and through the Paraguay River, and calculated mass balances of these flows to reveal net losses and gains inside the Pantanal. We sampled fifteen tributaries and the Paraguay River for seven years. The annual water balance in the basin was almost complete, with a deficit of only 11%. Predicted:Observed ratios close to one indicated a near balance between inputs and outputs for dissolved solutes and nutrients, however sedimentation losses of suspended solids and particulate carbon were significant. In spite of a high degree of river-floodplain contact, no significant changes on solutes concentrations were observed between inputs and outputs, enough to alter the transport of solutes though the Pantanal, indicating equilibrium in biogeochemical process on floodplain.<hr/>RESUMO Na Bacia do Alto Paraguai, formadora do Pantanal Mato-grossense, uma das maiores áreas úmidas do mundo, os rios fazem a conexão entre o planalto e a extensa planície de inundação. Agropecuária, potencial erosivo associado a desmatamento elevado, efluentes urbanos e dezenas de barramentos hidrelétricos no planalto podem alterar o transporte de matéria e energia para a planície. Contudo o conhecimento sobre o transporte, principalmente de nutrientes, ainda é insuficiente para avaliar potenciais alterações. Neste estudo foi estimado o carreamento de materiais dissolvidos e em suspensão do planalto para o Pantanal e no seu exutório, o rio Paraguai, avaliando os fluxos e balanços de massa. O rio Paraguai e tributários foram amostrados durante sete anos, com frequência semestral ou mensal. O balanço hidrológico anual do Pantanal foi considerado quase completo, com déficit de apenas 11%, entre entrada e saída. A relação Previsto: Observado também indicou um balanço de massa praticamente completo para solutos dissolvidos e nutrientes, porém, com perdas significativas para sólidos suspensos e carbono. Apesar da extensa área de interação rios-planície, não foram observadas mudanças nas concentrações dos solutos suficientes para modificar o transporte de solutos através do Pantanal, o que indica equilíbrio entre os processos biogeoquímicos na planície. <![CDATA[Experimentation and modeling of soil evaporation in underground dam in a semiarid region]]> http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S2318-03312019000100204&lng=en&nrm=iso&tlng=en 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.<hr/>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. <![CDATA[Propagation of bichromatic-bidirectional waves]]> http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S2318-03312019000100205&lng=en&nrm=iso&tlng=en ABSTRACT This study aims to investigate the transformations experienced by the mean water level and radiation stress tensor during the propagation of Bichromatic-Bidirectional (Bi-Bi) waves on a slope of 1:22 and water depth varying from 55 cm to 26 cm, simulating laboratory conditions. A computer program written in Python was used to compute those quantities at different combinations of wave angles and periods. The setup and setdown of the mean water level are strongly dependent on the combination of periods and direction of the primary waves, as they propagate along the slope, modifying the bound infragravity wave. Mohr’s circles for the radiation stress tensor showed significant changes of diameter and center at different points along the basin. The radiation stress components for the Bi-Bi waves are the sum of the stresses associated with each primary wave and a nonlinear term which results from the interference between primary waves. Disregarding these nonlinear terms may significantly affect the nearshore hydrodynamics prediction.<hr/>RESUMO Este trabalho tem por objetivo investigar as transformações sobre o nível médio da água e o tensor de tensão de radiação durante a propagação de ondas Bicromáticas e Bidirecionais (Bi-Bi) em um talude 1:22 e profundidades variando de 55 cm a 26 cm, simulando uma bacia de ondas em laboratório. Um modelo matemático escrito em Python foi utilizado para o cálculo daquelas grandezas para diferentes combinações de ângulos e períodos de ondas. A sobre-elevação e o rebaixamento do nível médio da água são fortemente dependentes da combinação de períodos e direções escolhidos para as ondas primárias, dado que elas refratam ao longo do talude, modificando assim a onda de infragravidade aprisionada. Os círculos de Mohr para o tensor de tensões de radiação mostraram mudanças significativas no diâmetro e no posicionamento do centro em diferentes pontos ao longo da bacia. As componentes da tensão de radiação para as ondas Bi-Bi são a soma das tensões associadas a cada onda primária e um termo não linear que resulta da interferência entre as ondas primárias. Ao se desconsiderar estes termos não-lineares pode-se causar consequências significativas sobre previsão da circulação hidrodinâmica. <![CDATA[Estimating design hydrographs at the basin scale: from event-based to continuous hydrological simulation]]> http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S2318-03312019000100206&lng=en&nrm=iso&tlng=en ABSTRACT Design hydrographs are widely used in practical hydrologic engineering problems. Typical applications adopt event-based (EBM) methods, using rainfall-runoff models to convert design hyetographs into design hydrographs. Uncertainties include the definition of antecedent conditions and the assumption of equivalence between hyetograph and hydrograph return periods. An alternative is to use continuous simulation (CSM) methods, by forcing a rainfall-runoff model with long precipitation series, and directly analyzing the output discharges. To better understand uncertainties in the EBM method and differences between CSM and EBM ones, we applied a hydrological model in the Itajaí-Açu river basin to compare a CSM method with 730 different simulations of an EBM one, considering different basin antecedent conditions and design hyetographs (10- and 50-years). Results indicated that the EBM method leads to a large range of design discharges depending on the antecedent condition. CS-based 10- and 50-years maximum discharges corresponded to percentiles between 30% and 50% of the EBM estimates. Higher discharge variation occurred in sub-basins with larger maximum soil water storage. Our conclusions agree with the literature, which points towards CSM-based methods to estimate design discharges.<hr/>RESUMO Hidrogramas de projeto são amplamente utilizados em engenharia hidrológica. Típicas aplicações adotam métodos baseados em eventos (EB), utilizando modelos chuva-vazão para converter hietogramas de projeto em hidrogramas. Incertezas incluem a definição de condições antecedentes e a premissa de equivalência entre tempos de retorno da chuva e hidrograma de projeto. Uma alternativa é utilizar métodos de simulação contínua (CS), forçando um modelo chuva-vazão com longas séries de precipitação e analisando diretamente as vazões estimadas. Para melhor compreender as incertezas e diferenças entre os métodos EB e CS, neste estudo aplicou-se um modelo hidrológico na bacia do rio Itajaí-Açu, sendo comparados um método tipo CS com 730 diferentes simulações do tipo EB, variando condições antecedentes e hietogramas de projeto (10 e 50 anos de tempo de retorno). Os resultados indicaram que vazões de projeto muito variadas podem ser obtidas com o método EB, sugerindo uma grande incerteza deste. Vazões máximas de 10 e 50 anos baseadas no método CS corresponderam a percentis entre 30% e 50% das estimativas via EB. Por fim, uma maior variação de vazões máximas ocorreu em sub-bacias com maior máximo armazenamento de água no solo. <![CDATA[Application of indices for water resource systems stress assessment]]> http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S2318-03312019000100207&lng=en&nrm=iso&tlng=en ABSTRACT This paper aims to present a methodology to conduct a water stress assessment of water resources systems through indices. The proposed methodology was applied to Cantareira System, which is one of the most important water supply systems of São Paulo Metropolitan Region (SPMR). The authors used two indices to support this evaluation: Normalized Deficit Index (NDI) and Normalized Deficit Cumulated (NDC). Both of them consider only the natural flow as the renewable source of water (supply), and account for natural and anthropic uses of this water (demand) as a way to determine the dependence level that the area relies on endogenous and/or exogenous sources of water to meet its needs. To support this assessment, two meteorological drought indices were used as well: the Standardized Precipitation Index (SPI) and Drought Magnitude (DM). The diagnosis of a water supply system, a country, region or even district, based on indices that represent the local water risk, is extremely important not only to bring a better understanding of extreme events, such as droughts and floods, but also to support strategic decision-making process regarding water resources management. This sort of assessment is a useful tool, for instance, in indicating eventual necessity of water storage, such as large reservoirs, or interbasin water transfers, which could improve the water security levels of the study unit.<hr/>RESUMO O presente artigo teve como objetivo apresentar uma metodologia para avaliação do estresse hídrico de sistemas de recursos hídricos por meio de índices. Neste caso, aplicou-se a metodologia proposta ao Sistema Cantareira, um dos principais sistemas produtores de água da Região Metropolitana de São Paulo (RMSP). Foram utilizados para esta avaliação o Normalized Deficit Index (NDI) e o Normalized Deficit Cumulated (NDC), que utilizam apenas os aportes naturais como fonte renovável de água (fornecimento), e consideram os usos naturais e antrópicos desta água (demandas), como forma de determinar o grau de dependência que a área apresenta tanto de fontes endógenas, quanto exógenas para suprimento das necessidades de abastecimento. Para subsidiar esta avaliação, utilizou-se de forma combinada dois índices que representam secas meteorológicas: o Standardized Precipitation Index (SPI) e Drought Magnitude (DM). A realização do diagnóstico de um sistema produtor, ou mesmo de um determinado país, região ou distrito, por meio de índices que refletem o risco hídrico, contribui para o melhor entendimento de eventos extremos, como secas e enchentes e, principalmente, auxiliam a tomada de decisões estratégicas na gestão de recursos hídricos local, indicando, por exemplo, eventuais necessidades de armazenamento ou importação de água de outras bacias, que contribuem para o aumento da segurança hídrica na unidade de avaliação. <![CDATA[SYHDA – System of Hydrological Data Acquisition and Analysis]]> http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S2318-03312019000100401&lng=en&nrm=iso&tlng=en ABSTRACT Acquisition and analysis of hydrological series are essential activities for hydrological studies in watersheds. However, they require time and are usually complex and susceptible to human errors. In order to minimize these problems, computational tools are often used for hydrological analysis, although there are few of them in Brazil. This technical note aims to provide a structured document with information on the motivation, development, conception, main functionalities, and applications of the System of Hydrological Data Acquisition and Analysis (SYHDA). SYHDA is a software intended for acquisition and analysis of hydrological data (rainfall and streamflow) and was fully idealized to enable the user to deal with the country’s leading hydrology databases. It has several modules that include analysis by descriptive statistics and graphical tools, seasonality analysis of streamflows, non-parametric tests, and at-site and regional probabilistic modeling. SYHDA has been used in numerous scientific studies, which give grounds to affirm that it demonstrates a great potential to be used in both everyday and complex activities demanded by the scientific and technical community of hydrology and related areas.<hr/>RESUMO A aquisição e a análise de séries hidrológicas são tarefas indispensáveis para estudos hidrológicos em bacias hidrográficas, no entanto, demandam tempo e normalmente apresentam complexidade e estão susceptíveis a erros humanos. A fim de minimizar estes problemas, frequentemente são empregadas ferramentas computacionais de análises hidrológicas, no entanto, existem poucas destas no Brasil. Esta nota técnica visa disponibilizar um documento estruturado com informações sobre a motivação, desenvolvimento, concepção, principais funcionalidades e aplicações do System of Hydrological Data Acquisition and Analysis (SYHDA). O SYHDA é um software de aquisição e análise de dados hidrológicos de chuva e vazão totalmente idealizado para permitir ao usuário trabalhar com os principais bancos de dados do país aplicados à hidrologia. Possui diversos módulos que contemplam análise por estatísticas descritivas e ferramentas gráficas, análise de sazonalidade de vazões, testes não paramétricos e modelagem probabilística local e regional. O SYHDA já foi empregado em inúmeros estudos científicos, os quais dão embasamento para afirmar que o software demonstra grande potencial para ser utilizado em atividades tanto cotidianas quanto complexas demandadas pela comunidade científica e técnica de hidrologia e de áreas afins.