Resumo em Português:

RESUMO A contaminação dos recursos hídricos por efluentes residuários é um dos principais problemas no âmbito da preservação das águas. A utilização de ferramentas que auxiliem no processo de gestão é de suma importância para a melhoria do serviço de saneamento básico. Esse trabalho busca a determinação de um Índice de Desempenho do Serviço de Esgotamento Sanitário para acidade de Campina Grande (IDSES-CG), Paraíba. Para o desenvolvimento do índice foram obtidos indicadores relacionados à qualidade e à operação e manutenção dos serviços de esgotamento, selecionados a partir de metodologias já existentes, considerando critérios como coerência com a realidade brasileira e com a cidade estudada, acessibilidade dos dados e a confiabilidade da fonte, buscando assim selecionar os indicadores mais relevantes ao sistema de esgotamento. Os indicadores escolhidos foram calculados, normalizados e ponderados para a determinação do IDSES-CG. A partir de uma escala nominal, foi avaliada a situação do serviço de esgotamento da cidade, classificada como regular. Desenvolveu-se, ainda, um estudo mais detalhado para alguns dos indicadores de qualidade do serviço, com o objetivo de identificar as áreas mais problemáticas do sistema de esgotamento.

Resumo em Inglês:

ABSTRACT The contamination of water resources by wastewater is a major concern of water protection. The use of tools to assist the water management process is of utmost importance to improve the sanitation service. This study aims to determine a performance index of a sanitary sewage service for the city of Campina Grande (IDSES-CG), Paraíba. A number of indicators on sewer service quality, operation and maintenance were selected based on existing methodologies, and taking into account criteria such as coherence with regional characteristics, data accessibility and reliability of the source. The selected indicators were calculated, standardized and weighted so that the IDSES-CG could be determined. Based on a nominal scale, the situation involving the sewage service in the city was evaluated and then classified as fair. This study also discussed some of the quality indicators in order to identify the most problematic areas regarding the sewage system.

Resumo em Português:

RESUMO Os reservatórios de águas subterrâneas com fluxos controlados simultaneamente por porosidade intergranular e planar são conhecidos popularmente como aquíferos de dupla porosidade. As pesquisas acerca destes aquíferos são importantes para o entendimento do comportamento hidráulico de reservatórios com este tipo fluxo. Os aquíferos Raizama e Diamantino são constituídos por metassedimentos deformados, de baixo grau metamórfico, distribuídos ao longo de uma faixa arqueada com direção nordeste-sudoeste e concavidade voltada para sudeste. As zonas saturadas apresentam fluxos controlados por anisotropias, com baixa permeabilidade, e o armazenamento é condicionado à porosidade planar e intergranular. Nos aquíferos de dupla porosidade pode ocorrer a predominância de um ou outro tipo de porosidade. Quando comparados a aquíferos exclusivamente fraturados, os sistemas de dupla porosidade estudados apresentam menores rebaixamentos, e maiores valores de capacidades específicas. Os parâmetros hidrodinâmicos de transmissividade e condutividade hidráulica são respectivamente, da ordem de 10-5 m2/s e 10-7 m/s para o Aquífero Raizama, e 10-6 m2/s e 10-7 m/s para o Aquífero Diamantino.

Resumo em Inglês:

ABSTRACT Groundwater reservoirs with flow controlled simultaneously by intergranular and planar porosity are popularly known as double porosity aquifers. Research studies on these aquifers are important to understand the hydraulic behavior of reservoirs with this type of flow. The Raizama and Diamantino aquifers consist of deformed, low grade metamorphic sediments, distributed along a northeast-southwest belt with southeast concavity. Saturated zones flow is controlled by anisotropy, with low permeability, and the storage is conditioned by fracture and intergranular porosity. In double porosity aquifers the predominance of one or another type of porosity can be observed. When compared to fractured aquifers, double porosity systems present lower drawdown and higher specific capacity values. The transmissivity and hydraulic conductivity hydrodynamic parameters are respectively on the order of 10-5 m2/s and 10-7 m/s for the the Raizama Aquifer, and 10-6 m2/s and 10-7 m/s for the Diamantino Aquifer.

Resumo em Português:

RESUMO A Lagoa de Araruama, maior laguna hipersalina do Brasil, é um importante sistema estuarino situado na Região dos Lagos, sudeste do estado do Rio de Janeiro. A lagoa tem forma oblonga, estendendo-se por cerca de 40 km de oeste a leste em seu eixo maior. Por apresentar um balanço hídrico negativo e apenas uma ligação com o mar, através do longo Canal de Itajuru em sua extremidade leste, a laguna apresenta pouquíssima renovação de águas, o que a torna naturalmente propensa a eutrofização. A criação de uma nova conexão com o mar em sua extremidade oeste tiraria proveito dos ventos reinantes de ENE, criando uma deriva de leste para oeste que promoveria maior renovação das águas e, consequentemente, melhora da qualidade ambiental do corpo hídrico. Este artigo analisa a viabilidade hidro-sedimentológica de tal canal através de modelos computacionais. Inicialmente discute-se o dimensionamento de um canal estável, com análise calcada em critérios bem estabelecidos para estabilidade de canais de maré, com modelagem computacional 1D específica ao caso. Posteriormente, via modelagem hidro-sedimentológica 2DH, analisa-se a evolução morfodinâmica da Lagoa de Araruama, canais de ligação com o mar e região marítima próxima, considerando a situação projetada. Após 365 dias, as alterações batimétricas observadas na maior parte da laguna foram muito pequenas. O canal idealizado permaneceu desobstruído durante todo o tempo.

Resumo em Inglês:

ABSTRACT The Araruama Lagoon, Brazil’s largest hypersaline lagoon, is an important estuarine system located in the southeast of the state of Rio de Janeiro. This lagoon is oblong-shaped and extends for circa 40 km from west to east at its longest axis. Since it has a negative water balance and only one connection with the open sea, through the long Itajuru Channel, there is very little water renewal, which causes a natural tendency to eutrophication. Creating a new maritime connection on the western side of the Lagoon would take advantage of the very frequent ENE winds, generating a drift from east to west that would increase water renewal and, consequently, enhance the quality of the environment. This paper analyses the hydro-sedimentological viability of this tidal inlet using computer models. Initially the sizing of a stable inlet is discussed considering an analysis based on well established criteria of stability of tidal inlets and with 1D computational modeling. Afterward, through 2DH hydro-sedimentological modeling, the morphodynamic evolution of the lagoon, its tidal inlets and adjacent maritime region, are analyzed considering the projected situation. The inlet considered changed very little in the lagoon’s bathymetry and remained unobstructed during the 365 days of simulation.

Resumo em Português:

RESUMO Os conflitos relacionados à utilização dos recursos hídricos são decorrentes não só de sua escassez, mas também da deficiência na gestão desses recursos. Há várias bacias compartilhadas entre países e acordos entre eles têm ajudado a solucionar, minimizar ou evitar conflitos. No Brasil, a Paraíba e o Rio Grande do Norte compartilham a Bacia Hidrográfica do rio Piranhas-Açu e formalizaram, com a intervenção da Agência Nacional de Águas (ANA) e do Departamento Nacional de Obras Contra as Secas (DNOCS), um acordo denominado Marco Regulatório (Resolução ANA nº 687/2004) que fixou a vazão na divisa entre os dois Estados. Este artigo objetiva analisar o funcionamento do Marco Regulatório durante os seus 10 anos de existência (2004-2014), verificando aspectos como os motivos para a sua criação e a sua contribuição para a resolução/mitigação de conflitos. Pesquisa-se, também, sobre a atuação do Comitê da Bacia enquanto árbitro em primeira instância dos conflitos da bacia e sobre a incorporação e alteração dos preceitos do Marco Regulatório no Plano da Bacia do rio Piranhas-Açu, em elaboração. Conclui-se que o Marco Regulatório possibilitou uma razoável discussão sobre os problemas da bacia, mas que ações insuficientes no seu acompanhamento e na fiscalização dos usos dificultaram solucionar os conflitos em época de escassez hídrica. Avalia-se, entretanto, como positiva a repactuação, ora em curso, em torno do “novo” Marco Regulatório.

Resumo em Inglês:

ABSTRACT Water resources conflicts have their roots not only in water shortage but also in water resources management failures. There are many shared water basins around the world and agreements may help solve, minimize or avoid water conflicts. In Brazil, the Paraíba and Rio Grande do Norte states share the Piranhas-Açu Water Basin. Considering this, a Regulatory Framework was defined between them designed by the Brazilian Water Agency (ANA), Brazilian Department Against Droughts (DNOCS) and both states. This Regulatory Framework was established by ANA Resolution nº 687/2004 and defined the discharge that must flow through the border of those states. In this article, the Regulatory Framework during its ten years of existence (2004 to 2014)is analyzed, verifying aspects which led to its creation and contribution in resolving/mitigating conflicts. This research also analyzed the role of the Water Basin Committee as the first instance to deal with conflicts and the consideration of the Regulatory Framework in the new water basin plan (which is in elaboration). It is concluded that the Regulatory Framework allowed a reasonable discussion about the problems of the basin but that the lack of sufficient monitoring and water uses control actions made it difficult to solve conflicts during water shortage periods. However, the ongoing negotiations to define a “new” Regulatory Framework are considered positive.

Resumo em Português:

RESUMO Na maioria dos casos em que se opta por utilizar um hidrograma unitário como operador chuva-vazão há necessidade dele ser obtido sinteticamente, ou seja, construído a partir de informações mensuráveis da fisiografia da bacia hidrográfica. Desde o desenvolvimento do primeiro HUS (Hidrograma Unitário Sintético) feito por Snyder (1938) houve várias tentativas de generalização do mesmo, destacando-se várias propostas de HUS adimensionais, entre as quais ganhou expressiva popularidade aquele do antigo serviço de conservação de solos dos EUA (SCS, 1972), cuja versão simplificada triangular (HUT) praticamente assumiu o papel de HUS generalizado. Entretanto, estudos posteriores calcados no fator de crescimento do pico de vazão (“peak rate factor” em inglês e sigla PRF) vêm demonstrando que o HUT do SCS com fator de pico fixo é incapaz de representar o comportamento de todos os tipos de bacias. O fator de pico PRF normalmente é dado em unidades métricas ou inglesas, mas em essência é um fator adimensional, simbolizado por β no presente artigo, que é equivalente a 1,09Cp, sendo Cp o parâmetro de pico do HUS de Snyder. Explorando a relação de β com Cp, este artigo analisa e discute o fator de pico como elemento de generalização de hidrogramas unitários sintéticos, focando naqueles triangulares adimensionais. Com base na experiência conjunta de obtenção de PRF e Cp, frequentemente relacionados com medidas de declividade, avalia-se a possibilidade de se obter um HUT mais adequado.

Resumo em Inglês:

ABSTRACT In most cases when unit-graphs are used as rainfall-runoff operators there is a need for synthetic ones, which are constructed synthetically from measurable watershed physical information. Since the development of the first synthetic unit-graph by Snyder (1938) several attempts have been made to generalize them, emphasizing a variety of dimensionless unit-graphs proposals, a very popular one being that of the old United States Soil Conservation Service (SCS,1972). Its simplified triangular version (triangular unit-graph) virtually assumed the role of a generalized dimensionless unit-graph. However, further studies of peak rate factors (PRF) have shown that the SCS triangular unit-graph has a constant PRF, which is not appropriate to represent the hydrologic behavior of all watersheds. The peak rate factor is done in metric or English units, but it is essentiality a dimensionless factor, in this paper represented by the symbol β, which is equivalent to 1.09Cp, Cp being the well-known peak parameter of Snyder’s unit graph. Using this relationship between β and Cp, this paper analyzes and discusses the peak rate factor as an element of synthetic dimensionless unit-graph generalization. On the basis of the experience of obtaining β and Cp, very often related to basin slopes, the possibility of obtaining more realistic triangular synthetic unit-graphs is assessed.

Resumo em Português:

RESUMO Um dos principais desafios enfrentados pela modelagem hidrológica é a calibração eficiente dos parâmetros do modelo. O objetivo deste estudo foi testar um método hierárquico de calibração do modelo Soil and Water Assessment Tool (SWAT) considerando variações do clima e de uso do solo. A área de estudo foi a bacia hidrográfica do Rio Negrinho, localizada em Santa Catarina. A calibração do modelo foi feita usando o algoritmo Sequential Uncertainty Fitting (SUFI2), utilizando testes de crescente complexidade. Primeiramente a série de vazões observadas foi dividida em períodos distintos de calibração e validação (Split Sample Test) sendo que os resultados obtidos para o intervalo mensal foram considerados aceitáveis com um coeficiente de Nash–Sutcliffe (NSE) ≥0,5 e Pbias≤±25%. Na análise de cada ano separadamente (Differential Split-Sample Test) a calibração e validação dos anos úmidos (2008 a 2012) foi mais eficiente que dos anos secos (2003 a 2007). No processo de validação do modelo para uma bacia com uso do solo semelhante (Proxy-Catchment Test), o modelo não foi eficiente para o ajuste dos picos de vazões (NSE de 0,0), porém, houve uma compensação dos volumes na estimativa do balanço hídrico (Pbias de 0,1%). Os resultados indicam que a eficiência do modelo SWAT depende da escala espacial e do período de calibração. Para simulação de cenários climáticos e de mudanças de uso do solo o modelo deve ser calibrado e validado usando dados espacialmente bem distribuídos e uma série de vazões suficientemente representativa em relação aos períodos secos e úmidos.

Resumo em Inglês:

ABSTRACT One of the main challenges of hydrological modeling is the effective calibration of model parameters. The aim of this study was to test a hierarchical calibration scheme for the Soil and Water Assessment Tool (SWAT) model by considering land use and climate changes. The study area was the Rio Negrinho watershed, located in Santa Catarina State, Brazil. Model calibration was performed with the Sequential Uncertainty Fitting (SUFI2) Algorithm through increasing complexity tests. The observed discharge data were first divided into calibration and validation periods(Split Sample Test) wherein the predicted monthly flow matched the measured values, with a Nash–Sutcliffe coefficient (NSE) ≥0.5 and Pbias<±25%. When wet and dry periods were considered separately (Differential Split-Sample Test) the NSE values of wet years (2008 a 2012) were higher than dry year values (2003 to 2007). In the SWAT validation for a watershed with similar land use (Proxy-Catchment Test), the model could not capture the flow peaks well (NSE of 0.0), however, the water balance volumes were compensated (Pbias of 0.1%). The case study demonstrates that SWAT performance varies greatly, depending on the spatial scale and calibration period. The SWAT model can be used in further studies to simulate land use and climate change scenarios however it must be calibrated and validated using spatially well distributed data and recorded series segment including dry and wet periods.

Resumo em Português:

RESUMO A interceptação das chuvas (I) pela vegetação pode afetar o comportamento hidrológico de uma bacia hidrográfica, influenciando os processos de modelagem hidrológica. As limitações do monitoramento e a grande variedade do clima e da vegetação brasileira dificultam as estimativas do processo de interceptação e; por isso, essa variável é geralmente negligenciada ou subestimada durante as modelagens hidrológicas. Esse estudo analisou a interceptação da chuva em duas florestas de mata nativa, características do Bioma Mata Atlântica (parcelas MA1 e MA2), e uma floresta de eucalipto (parcela RE); localizadas na região sul do Brasil. A precipitação interna (Pi) e o escoamento pelo tronco (Et) foram monitorados por coletores de baixo custo, sendo utilizados 40 coletores de Pi na parcela MA1 e 20 coletores nas parcelas MA2 e RE, e 3 coletores de Et em cada parcela. No total foram analisadas 40, 34 e 22 coletas de Pi e 17, 18 e 6 coletas de Et nas parcelas MA1, MA2 e RE, respectivamente. A precipitação total (P) observada foi igual a 2046,50; 1726,23 e 957,96 mm; e a Pi total verificada foi de 75,97; 82,40 e 78,07% de P, para as parcelas MA1, MA2 e RE, respectivamente. O Et foi igual a 5,69; 2,91 e 11,09% de P; e a I estimada foi de 17,76; 16,90 e 14,56% de P, para as parcelas MA1, MA2 e RE, respectivamente. Os valores de Pi e I observados estão dentro da faixa reportadas por outros autores para vegetação semelhante, entretanto o Et monitorado foi bem superior aos resultados relatados. As relações de ajuste apresentaram limitações devido ao número de coletores de Et utilizados, do número de coletas de Pi e Et monitoradas, sobretudo em RE e também; em razão da grande variabilidade espacial e temporal dos processos analisados, que dificultam o processo de monitoramento.

Resumo em Inglês:

ABSTRACT Rainfall interception by vegetation (I) can affect the hydrological behavior of a watershed, influencing the hydrological modeling processes. The limitations of monitoring and the wide variety of Brazilian climate and vegetation make it difficult to estimate the interception process. Therefore interception is often overlooked or underestimated in hydrological modeling. This study analyzed the rainfall interception in two forests with native vegetation belonging to the Atlantic Forest biome (MA1 and MA2 plots), and a eucalyptus forest (RE plot); located in southern Brazil. The throughfall (Pi) and stemflow (Et) were monitored for low cost collectors. Forty Pi collectors were used in MA1 plot and 20 collectors in MA2 and RE plots, and three Et collectors in each plot. In total 40, 34 and 22 collections of Pi and 17, 18 and 6 Et collections in MA1, MA2 and RE plots, respectively were analyzed. The total precipitation (P) observed was equal to 2046.50; 1726.23 and 957.96 mm; and total Pi found was 75.97; 82.40 and 78.07% of P, for the plots MA1, MA2 and RE, respectively. The Et was equal to 5.69; 2.91 and 11.09% P; and the estimated I was 17.76; 16.90 and 14.56% P, for MA1, MA2 and RE plots, respectively. Observed values of Pi and I are within the range reported by other authors for similar vegetation, however monitored Et was well above the reported results. The adjustment ratios presented limitations due to the number of Et collectors used and the number of Pi and Et collections monitored, especially in the RE plot; and also because of the large spatial and temporal variability of the processes analyzed, that make the monitoring process difficult.

Resumo em Português:

RESUMO Atividades antrópicas nas bacias hidrográficas são responsáveis por causar mudanças no uso do solo, de modo a ocasionar reflexos nas vazões afluentes de seus rios. Dentre essas consequências está a alteração dos primeiros momentos estatísticos das séries hidrológicas, condição conhecida por não estacionariedade. O emprego de uma série não estacionária pode repercutir em erros relevantes e conclusões tendenciosas nas análises propostas. Dessa maneira, o presente trabalho avalia os possíveis efeitos dessa condição na disponibilidade hídrica para outorga de uso dos recursos hídricos em seis postos hidrométricos brasileiros, considerando como referência a Q95%. Opta-se pelo uso da curva de permanência mediana anual e de curvas de permanência sazonais, determinadas em dois momentos distintos das séries históricas, antes e depois do ano de 1969. Os resultados sugerem aumento da Q95% em quatro postos e redução nos outros dois. Além disso, alterações importantes foram também identificadas em permanências intermediárias, sugerindo que as variações nas séries não estão limitadas a valores extremos.

Resumo em Inglês:

ABSTRACT Anthropogenic activities in the watersheds are responsible for land use changes, thus interfering in its rivers flows regimes. Consequently, changes occur in the hydrological series statistical moments, a condition known as nonstationarity. The use of a nonstationary time series can cause relevant errors, misleading and biasing the ongoing analyses. In this manner, this paper evaluates the possible effects of nonstationarity over water availability for water resources permits in six Brazilian gauges, considering the Q95% as reference. Median and seasonal flow-duration curves are employed in two distinct periods, before and after 1969, for all the series. Results suggested that Q95% increased in four gauges and reduced in the remainder two. Moreover, important changes were observed in intermediate flow-durations, suggesting that the variations are not limited to the series extreme values.

Resumo em Português:

RESUMO Estudou-se a otimização técnico-econômica da geração elétrica de pequenas centrais hidrelétricas (PCH) de baixa queda da Amazônia, objetivando contribuir para estudos hidro energéticos de PCHs. Curvas de permanência de vazões necessárias ao dimensionamento de PCHs foram simuladas com o Modelo Hidrológico Não-linear Simples com Fator de Ganho Sigmoidal (MSV). Devido a sazonalidade climática inerente à Amazônia, a geração hidrelétrica das PCHs foi considerada utilizando duas turbinas hidráulicas axiais em paralelo. Para a otimização técnica, com o programa CARTHA obtiveram-se curvas de carga das turbinas, para estudo da influência da regulagem e relação das potências das turbinas sobre a eficiência energética das PCHs. Conclui-se que PCHs dotadas de turbinas com regulagem dupla apresentam eficiência de 80%, com regulagem do rotor 72% e com regulagem do distribuidor 65%. Para a otimização econômica, estudaram-se três cenários de mercado: desaquecido, neutro e aquecido. Conclui-se que os melhores resultados técnico-econômicos foram obtidos para PCHs com potência total da ordem de 30MW, turbinas iguais, apenas com regulagem do rotor, mercado desaquecido, resultando em Período de Retorno de 1,7 anos e Rentabilidade de 222%.

Resumo em Inglês:

ABSTRACT The technical and economic optimization of electricity generation by small hydropower plants (SHP) with a low head in the Amazon is studied, in order to contribute to hydro energy studies of these SHP. The flow duration curves (FDC) needed to design hydropower generation were simulated using the Nonlinear Hydrological Model Simple with Sigmoidal Gain Factor (SVM). Due to seasonality inherent to the Amazon, SHP generation was considered using two axial turbines operating in parallel. For technical optimization the CARTHA program was used to obtain the axial turbine load curves, allowing the study of the influence of the type of regulation and the relationship of the powers of the turbines on the energy efficiency of SHP. Plants with double regulation turbines presented an efficiency of 80%, for rotor regulation 72% and for distributor regulation 65%. Three market scenarios were studied for economic optimization: sluggish, neutral and hot. The best technical and economic results were obtained for SHP with total power on the order of 30MW, equal turbines equipped with rotor regulation only, sluggish market, resulting to the return period of 1.7 years and profitability of 222%.

Resumo em Português:

RESUMO em função dos seus teores de matéria orgânica, de macro e micro-nutrientes, o lodo de esgoto tratado apresenta um grande potencial de utilização no reflorestamento e na recuperação de áreas degradadas. Entretanto, sua aplicação pode levar à contaminação da água subterrânea, em função da alta mobilidade de compostos como o nitrato, que é cancerígeno. A modelagem matemática vem se tornando uma ferramenta importante na avaliação do risco de contaminação de águas superficiais e sub-superficiais por pesticidas e nutrientes. O objetivo do presente trabalho foi avaliar a acurácia do modelo Hydrus 1-D (Versão 3.0) na predição da lixiviação de nitrato no perfil do solo. Para tanto, dados experimentais de um estudo de lixiviação, conduzido em laboratório com três solos de diferentes texturas, submetidos a quatro doses de lodo de esgoto tratado, foram utilizados para alimentar o modelo Hydrus. As condições de contorno e iniciais das colunas experimentais foram introduzidas no modelo Hydrus após a calibração dos parâmetros da equação de Van Genuchten-Mualen, usando o volume percolado do experimento como função objetiva. Valores médios de concentração de nitrato no lixiviado, obtidos na extremidade inferior das 48 colunas de solo no laboratório (combinações de 3 solos, 4 doses de lodo e 4 repetições), foram comparados com os valores de concentração calculados pelo modelo Hydrus 1-D. O erro relativo entre os valores calculados e observados das concentrações foi de -1,97%, e o coeficiente de determinação foi de R2 = 0,96. O coeficiente de eficiência de Nash-Sutcliffe foi de E=0,95 que, combinado com os outros dois indicadores de performance, representa uma alta acurácia do modelo na predição do processo de lixiviação de nitrato nas condições estudadas.

Resumo em Inglês:

ABSTRACT Due to its organic matter and nutrient content, sewage sludge presents a good potential for use in reforestation and reclamation of degraded lands. However, its application poses water contamination risks, due to the high mobility of compounds such as nitrate (carcinogenic). On the other hand, mathematical modeling is becoming an important tool for the evaluation of risks of water contamination by nutrients and pesticides. The aim of the present study was to evaluate the global accuracy of the Hydrus 1-D model (version 3.0) to predict nitrate leaching within the soil profile. For this purpose, experimental data from a laboratory leaching study, considering three different soils and submitted to four doses of sewage sludge, were fed into the Hydrus model, after calibrating the parameters of the Van Genuchten-Mualen equation, using the percolated volumes from the experiment as the objective function. Mean nitrate concentrations in the leachate, collected at the bottom of the experimental columns, were then compared with nitrate concentrations predicted by the Hydrus model. The mean relative error between the observed (experiment) and calculated (model) values was -1.97%, and the R2 was 0.96. The Nash-Sutcliffe coefficient was E=0.95, indicating a very high model accuracy in the prediction of nitrate leaching, under the studied conditions

Resumo em Português:

RESUMO O aumento mundial da utilização do etanol como combustível puro ou misturado com a gasolina tem causado preocupações quanto aos possíveis impactos que possam ser causados em casos de derramamentos. Um dos pontos críticos debatidos está associado à infiltração e distribuição do etanol na subsuperfície. Um experimento de campo com a liberação de 200 L de uma mistura contendo 85% (v/v) de etanol e 15% (v/v) de gasolina (E85) na zona não saturada a 1,60 m do nível freático foi realizado em Florianópolis com o objetivo de investigar a transferência de etanol para a zona saturada em região com elevados índices pluviométricos e significativa variação do nível d’ água. Amostras de etanol, brometo (usado como traçador), acetado e metano foram coletadas em profundidades de 2 a 6 m durante 3 anos. A ocorrência de chuvas intensas e as frequentes variações do nível d’ água influenciaram diretamente na migração do etanol e brometo da zona vadosa para a zona saturada, acelerando o processo de dissolução destes compostos e ocasionando significativa transferência de massa dissolvida de etanol e brometo para a água subterrânea. Durante 3 anos de monitoramento, a presença de etanol e de seus subprodutos metabólicos (acetato e metano) até 18 m da fonte, e nas profundidades avaliadas, demonstrou a migração vertical e horizontal do álcool, respectivamente. Estes resultados indicam que em locais com elevados índices pluviométricos e variações significativas do nível d’ água, o etanol pode ser drenado para a água subterrânea e atingir regiões afastadas da fonte, por meio do transporte advectivo e dispersivo. Desta forma, em casos de derramamentos subsuperficiais, a possível presença de etanol na pluma de contaminação com os compostos monoaromáticos da gasolina pode ocasionar impactos ambientais na água subterrânea diferentes daqueles observados em regiões de menores índices pluviométricos.

Resumo em Inglês:

ABSTRACT The increased use of ethanol as pure fuel or blended with gasoline has been causing concerns regarding possible impacts in case of spills. One of the most discussed points is associated with the infiltration of ethanol and its subsurface distribution. A field experiment with the controlled release of 200 L of a mixture containing 85% (v/v) ethanol and 15% (v/v) gasoline (E85) in the unsaturated zone, 1.60 m above water table, was performed in Florianopolis in order to investigate ethanol transfer to the saturated zone, in a region with high rainfall and water table fluctuations. Ethanol, bromide (used as a tracer), acetate and methane samples were collected at depths from 2 to 6 m during a period of 3 years. The elevated rainfall and the frequent fluctuations of the water table level directly affected the migration of ethanol and bromide from the vadose zone to the groundwater. During 3 years, the presence of ethanol and its metabolite byproducts until 18 m away from the source, and at the depths evaluated showed that it migrated vertically and horizontally, respectively. These results indicate that in regions with elevated rainfalls and significant fluctuation in water table level, ethanol can be drained to the groundwater, and reach zones far from the source through advective and dispersive transport. Thus, in subsurface spills, the possible presence of ethanol in the plume with aromatic compounds of gasoline, can have a different environmental impact on groundwater from that observed in regions with lower rainfall.

Resumo em Português:

RESUMO O presente trabalho teve como objetivo propor metodologia para suporte ao processo de enquadramento de cursos d’água superficiais, fundamentada em análise conjunta de curvas de permanência de qualidade e capacidade de autodepuração de rios. Para composição dos diferentes cenários de simulação da qualidade da água foram estabelecidos três panoramas de tratamento de esgotos associados com distintas eficiências de remoção de demanda bioquímica de oxigênio (DBO), duas condições de abatimento de cargas orgânicas e três horizontes de análise (2014, 2020 e 2030). Foi aplicado o modelo QUAL-UFMG para avaliação da capacidade de autodepuração dos cursos d’água da bacia hidrográfica do rio Pardo, localizado no sul do estado do Espírito Santo, tendo sido simulados os parâmetros DBO e oxigênio dissolvido (OD), considerando o setor de esgotamento sanitário como única fonte de cargas poluidoras. Foram produzidas curvas de permanência de qualidade para o parâmetro DBO5,20, associadas aos padrões ambientais estabelecidos pela Resolução CONAMA Nº 357/2005 para rios Classes 1, 2 e 3. Os resultados obtidos mostram a relevância da incorporação da modelagem da autodepuração na avaliação da qualidade dos corpos d’água superficiais para a implementação do enquadramento e, adicionalmente, indicam que a visão não determinística oferecida pelas curvas de permanência facilitaria o processo de tomada de decisão acerca do estabelecimento de metas progressivas para a efetivação do enquadramento.

Resumo em Inglês:

ABSTRACT This study aimed to propose a methodology to support the establishment of Brazilian CONAMA 357/2005 rivers water quality classes based on quality parameters Flow-Duration Curves and self-purification analysis. To establish the different simulation water quality scenarios three sewage treatment conditions associated with distinct biochemical oxygen demand (BOD) removal efficiencies, two organic loads conditions and three time horizons (2014, 2020 and 2030) were considered. The QUAL-UFMG model for assessment of the self-purification capacity of the Pardo river, located in the south of Espírito Santo state, Brazil, was applied considering the BOD and dissolved oxygen (DO) parameters. In the simulations only river watershed sewage discharges were considered. BOD Flow-Duration Curves associated with environmental standards established by CONAMA Resolution 357/2005 for classes 1, 2 and 3 rivers were drawn. The results indicate the great importance of using river self-purification modeling for assessment of surface water body quality to establish river water classes. The results also indicate that a non-deterministic approach to water quality Flow-Duration Curves facilitates the decision-making process for the establishment of progressive water quality objectives.

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RESUMO Este artigo apresenta um estudo sobre a distribuição de flutuação de pressão a jusante de dissipadores de energia hidráulica tipo concha em 12 diferentes geometrias. Foram avaliados dados resultantes de 78 ensaios, com números de Froude na entrada da estrutura (Ft) variando entre 3,2 e 7,6 e diferentes condições de tirante de água sobre a concha. A partir dos resultados dos ensaios foi possível definir as condições mínimas para garantir que a estrutura funcione de forma submersa (“roller bucket”), bem como, equações para previsão do local onde ocorre a máxima flutuação de pressão, seu valor e a estimativa da flutuação de pressão junto à saída da estrutura.

Resumo em Inglês:

ABSTRACT This paper presents the distribution of pressure fluctuations measured downstream from 12 different clamshell-type hydraulic energy dissipators. Data were collected resulting in a battery of 78 tests with Froude numbers varying from 3.2 to 7.6 at the device inlets (Ft), under different water level conditions above the clamshell. These tests provided the basis for the analysis of the minimum conditions required to initiate a submerged flow (acting as a roller bucket device), and also to develop equations to predict where the maximum pressure fluctuation occurs, its value and estimates of the pressure fluctuation at the device outlets.

Resumo em Português:

RESUMO Neste trabalho realizou-se o acoplamento de uma técnica de otimização a um modelo de precipitação-vazão, com o objetivo, dentre outros, de se desenvolver uma ferramenta de calibração automática. A estratégia foi testada na estimativa de alguns parâmetros necessários à modelagem do nível de água em redes de drenagem, sendo avaliada em um estudo de caso, que envolveu a simulação das ondas de cheia no principal curso que drena a bacia hidrográfica do Córrego D’Antas, localizada no município de Nova Friburgo-RJ. O problema dito direto consistiu no cálculo da variação do nível de água em dado ponto daquele curso, tendo sido implementado na plataforma MOHID-Land. Já o problema inverso focou-se na estimativa de três parâmetros hidráulicos característicos da bacia e do curso estudado. Pela aplicação do método de Luus-Jaakola (LJ) foram estimados valores para esses parâmetros que resultaram no melhor ajuste entre simulação e observação. A avaliação da metodologia aqui empregada baseou-se em resultados alcançados para três distintos cenários de precipitação, incluindo o que culminou na amplamente noticiada tragédia ocorrida na região serrana fluminense em janeiro de 2011. De uma forma geral, os resultados foram bastante satisfatórios, tanto pela eficiência computacional nas estimativas, quanto na capacidade de o modelo em reproduzir dados observados.

Resumo em Inglês:

ABSTRACT This work couples an optimization technique to a precipitation-flow model, for the purpose, among others, of developing an automatic calibration tool. The strategy was tested in the estimation of some parameters required for modeling the water level in drainage systems, which were evaluated in a case study, involving the simulation of flood waves in the main course that drains the watershed of D’Antas Stream located in Nova Friburgo-RJ. Here, the direct problem consisted in calculating the water level variation at a given position on that course, implemented on the MOHID-Land platform. On the other hand, the inverse problem focused on the estimation of three hydraulic parameters, which are characteristic of both the basin and the course itself. By applying the method of Luus-Jaakola (LJ) values were estimated for these parameters, resulting in the best fit between simulation and observation. The assessment of the adopted methodology was based on results achieved for three different rainfall scenarios, including the one that led to the reported tragedy in the mountain region of Rio de Janeiro in January 2011. Generally speaking, the results were very satisfactory, both regarding the computational efficiency in the estimates and the ability of the model to fit the observed data.

Resumo em Português:

RESUMO Inundações ribeirinhas ocasionadas por cheias históricas, como, por exemplo, no ano de 2010 na bacia hidrográfica do rio Mundaú (entre os estados de Alagoas e Pernambuco), promovem danos de grandes proporções. O objetivo deste trabalho foi propor um mapeamento de áreas inundáveis no município de Rio Largo (Alagoas), bacia hidrográfica do Mundaú, através de acoplamento “off-line” de modelos hidrológico/hidráulico (MGB-IPH/HEC-RAS), considerando eventos de cheias extremas com diferentes tempos de retorno de vazão. Foi utilizada uma parametrização voltada para eventos extremos de cheia no modelo hidrológico, utilizando como entrada dados de chuva para diferentes tempos de retorno. A calibração e validação do modelo hidrológico foi adequada em áreas de drenagem superiores a 1.500 km2, o que não foi verificado em áreas de drenagem próximas a nascentes, as quais possuem geologia e tipo e cobertura do solo que propiciam escoamentos superficiais. O modelo hidráulico indicou boa correspondência com os dados pontuais das marcas de cheia do ano de 2010 em áreas rurais e urbanas perto do curso d’água (R2 = 0,99; RMSE = 1,41 m e CV (RMSE) = 0,04). Entretanto, em áreas urbanas distantes do rio, houve uma superestimação, assinalando a necessidade do uso de Modelos Digitais de Superfície mais detalhados. Eventos de cheia com tempo de retorno acima de 50 anos possuem grande potencial de danos (inundação acima de 0,46 km2 na área urbana). Este estudo indicou o uso de modelos acoplados foi viável para representar o mapeamento de áreas inundáveis, quando não é possível realizar uma análise de frequência local de vazões para subsidiar o modelo hidráulico.

Resumo em Inglês:

ABSTRACT Overbank flooding caused by historically high flows, such as that in the Rio Mundaú watershed (lying between the states of Alagoas and Pernambuco) in 2010, has been the cause of widespread damage. The purpose of work described in this paper was to propose a mapping of areas liable to flooding in the township of Rio Largo (Alagoas) in the Rio Mundaú watershed by means of an “off-line” coupling of the hydrological/hydraulic models (MGB-IPH/HEC-RAS), through consideration of extreme floods with different return periods for discharge. The hydrological model had a parameterization appropriate for extreme floods, using as input rainfall data with different return periods. Calibration and validation of the hydrological model were adequate in drainage areas larger than 1500 km2, but were less acceptable in headwater drainage areas where different geology and soil cover gave rise to surface runoff. The hydraulic model showed good agreement with point observations of flood levels in 2010 in both rural and urban areas along the water-course (R2 = 0.99; RMSE = 1.41 m and CV (RMSE) = 0.04). In urban areas distant from the river, however, flood levels were over-estimated, indicating a need to use more detailed Digital Elevation Models. Flood events with return period greater than 50 years have the potential to cause great damage (floods exceeding 0.46 km2 in the urban area). The study showed that the use of coupled models was a viable approach for mapping areas liable to flooding, when it is not possible to analyse local flow frequencies in support of a hydraulic model.

Resumo em Português:

RESUMO Esse trabalho teve o objetivo de determinar os fluxos de nutrientes e estabelecer um balanço de massa para o N e P no Estuário do Rio Itajaí-Açu, SC. Os fluxos foram calculados segundo método desenvolvido pelo LOICZ (Land Ocean Interacions in the Coastal Zone), baseado no balanço de água, sal e N e P no estuário. Os dados foram obtidos semanalmente, em 7 estações, entre 2003 e 2004 e os balanços foram calculados para o período de menor e maior descarga fluvial (97 e 228 m3.s-1) do período. Os resultados mostraram um tempo de residência hidráulica variando entre 12,4 e 23 hs para a camada superficial do sistema e entre 58 e 65 hs para a camada de fundo. O balanço de nutrientes mostrou diminuição não conservativa de fosfato, removendo 50% das entradas computadas, o foi atribuído à adsorção ao material particulado em suspensão, já que a produtividade primária é baixa. O estuário mostrou aumento não conservativo de nitrogênio amoniacal e nitrito, relacionado à mineralização de matéria orgânica e nitrificação, e baixa variação para o nitrato. O esgoto doméstico mostrou ser um importante componente dos fluxos, contribuindo com 28 a 42% das entradas de P e 23 a 30% das entradas de N para a região estuarina.

Resumo em Inglês:

ABSTRACT This work aimed to determine the dissolved inorganic nutrient flows and calculate a budget for N and P in the Itajai-Açu River Estuary, SC, Brazil. Flows were calculated according to the method developed by LOICZ (Land Ocean Interactions in the Coastal Zone), based on the balance of water, salt and N and P in the estuary. Data were collected weekly at seven sampling sites between 2003 and 2004 and the balances were calculated for the lowest and highest period of the river discharge (97 and 228 m3.s-1). The results showed a hydraulic residence time ranging between 12.4 h and 23 h for the surface layer of the system and between 58 h and 65 h for the bottom layer. The estuary was a sink for phosphate, removing 50% of the computed entries and this was attributed to adsorption to suspended particulate material, since the primary productivity is low. The estuary showed no conservative increase of ammonia and nitrite, related to mineralization and nitrification of organic matter, and low variation for nitrate. The sewage was shown to be an important component of the flows, accounting for 28-42% of P inputs and 23-30% of N inputs to the estuary.

Resumo em Português:

RESUMO O objetivo deste trabalho é realizar uma estimativa geoestatística de parâmetros hidrogeológicos para compor o mapa de vulnerabilidade intrínseca de aquíferos. Para tanto, realiza-se uma análise exploratória de dados de poços extraídos do Sistema de Informação de Águas Subterrâneas, os quais se referem aos parâmetros confinamento, litologia e nível estático. Assim, inicialmente, entre outros procedimentos, verificam-se dados inconsistentes, discriminam-se estatísticas e aplica-se o teste de normalidade. Em seguida, faz-se a descrição espacial preliminar dos respectivos parâmetros, em que se identificam padrões, aleatoriedade e agrupamento dos dados de poços, além de tendência para determinadas direções. Após as etapas preliminares, a metodologia geoestatística complementa-se por três fases. A primeira refere-se ao estudo variográfico, caracterizada pela construção de variogramas experimentais. Na segunda fase, faz-se ajuste automático a esses variogramas por três modelos matemáticos: esférico, exponencial e gaussiano. Na sequência, por validação cruzada, estima-se o desempenho dos modelos variográficos ajustados por meio de indicadores estatísticos. Após validação dos modelos variágraficos, realiza-se a última fase, em que se faz a estimação geoestatística por krigagem. Os valores estimados de parâmetros hidrogeológicos, quando multiplicados entre si, compuseram a estimação do índice de vulnerabilidade intrínseca ilustrado na forma de mapa. Essa proposta foi aplicada numa área que abrange, parcialmente, a cidade de Belém. Os resultados mostraram que a abordagem metodológica consiste em uma excelente ferramenta de planejamento e gestão para proteção das águas subterrâneas.

Resumo em Inglês:

ABSTRACT The aim of this study is to perform a geostatistical estimation of hydrogeological parameters to compose the intrinsic vulnerability map for an aquifer. The study presents an exploratory analysis of well data extracted from the Groundwater Information System (SIAGAS), which refer to parameters such as degree of confining, lithology and static level. Therefore, initially, among other procedures, we look for inconsistent data, we produce descriptive statistics and we also apply a normality test to the dataset. The following steps were to make up the primary space description of the respective parameters based on the corresponding identified patterns, randomness and grouping of well data in addition to exploring the existence of a tendency along certain directions. After the preliminary steps, the geostatistical methodology is then applied divided into three phases. The first refers to the variogram study, characterized by the construction of the experimental variograms. In the second phase, automatic adjustment is made to these variograms for three mathematical models: spherical, exponential and gaussian. Then, by cross validation, the performance is estimated for the different models adjusted using statistical indicators. After validation of these models, the last phase takes place, in which we perform the geostatistical estimation by kriging. The estimated values of hydrogeological parameters, when jointly multiplied, composes the estimation of the intrinsic vulnerability index illustrated in the form of a map. This proposal was applied in an area partially covering the city of Belém. The results showed that the methodological approach represents an excellent planning and management tool for the protection of groundwater aquifers.

Resumo em Português:

RESUMO O mapeamento das áreas suscetíveis à inundação constitui uma etapa importante na minimização dos danos gerados por enchentes, sobretudo em áreas urbanas. Este mapeamento é usado no estabelecimento de diretrizes de uso e ocupação do solo e na formulação dos planos de defesa civil. No município de Blumenau e Brusque, mapeamentos das áreas atingidas por inundação foram realizados, a partir de levantamentos efetuados após a ocorrência de enchentes. A partir da topografia representada em modelos digitais de terrenos (MDT) o modelo HAND vinha sendo aplicado preliminarmente para a previsão de áreas potenciais de inundação. Recentemente introduziu-se um novo conceito nas curvas de nível acima da drenagem mais próxima (HAND contours), demonstrando para o rio Itajaí Açú em Blumenau a capacidade especifica deste modelo para utilização em mapeamentos de áreas de risco hidrológico. Este trabalho teve por objetivo avaliar mais amplamente o desempenho do método HAND contour no mapeamento de áreas suscetíveis à inundação, tendo por base os levantamentos topográficos e mapas de inundações disponíveis para os municípios de Blumenau e Brusque. Nesta avaliação, foram usadas as variáveis acerto, omissão e comissão e, os parâmetros F estatístico, acurácia geral, Fit (%), taxa de alarme falso (TAF) e a taxa de tendência (BIAS). Os resultados mostraram que para enchentes de pequena magnitude, o modelo HAND superestima significativamente a área suscetível à inundação. À medida que a cota de inundação aumenta, o desempenho do modelo HAND melhora. Para a maior enchente simulada de Blumenau e de Brusque, a omissão (área faltante) foi de 7,5 e 4,7%, respectivamente. A comissão (área excedente) foi de 35,3 e 42,2%, respectivamente. A comparação com outros estudos mostra que o desempenho do modelo HAND é similar aqueles obtidos por outros autores com modelos hidrodinâmicos, cujo requerimento de dados de entrada é elevado.

Resumo em Inglês:

ABSTRACT Mapping areas susceptible to flooding is an important step to minimize the damage caused by floods, especially in urban areas. This mapping is used to establish guidelines for use and occupation of the soil and in the formulation of civil defense plans. In the municipalities of Blumenau and Brusque, flood stricken areas were mapped, from surveys carried out after the events. From the topography represented in digital terrain models (DTM), the HAND model had been preliminarily applied to predict potential flood areas. Recently a new concept was introduced in contours above the nearest drainage (HAND contours), demonstrating the specific ability of this method for use in hydrological risk area assessment. This study aimed to evaluate more widely the performance of the HAND contour method in mapping areas susceptible to flooding, based on topographic surveys available for the municipalities of Blumenau and Brusque. The evaluation used the variables accuracy, omission and commission, and the parameters F statistic, overall accuracy, Fit (%), false alarm rate (FAR) and the trend rate (BIAS). The results showed that for floods of small magnitude, the HAND model overestimates the area susceptible to flooding. As the flood level increases, the HAND model performance improves. For the largest simulated flood of Brusque and Blumenau, the omission (missing area) was of 7.5 and 4.7%, respectively. The commission (surplus area) was 35.3 and 42.2%, respectively. Comparison with other studies shows that the performance of the HAND model is similar to those obtained by other authors with hydrodynamic models, which have a high demand for data input.

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RESUMO Na modelagem computacional de corpos de água naturais há situações nas quais estruturas verticais esbeltas como pilares de ponte fazem parte do domínio de modelagem. Neste trabalho avalia-se quatro técnicas para modelar a presença de pilares de pontes: Refinamento de Malha (RM), Ilha Nodal (IN), Termo de Tensão Adicional (TTA) e Aumento da Rugosidade do Fundo (ARF). Para cada uma delas são discutidas suas vantagens e desvantagens. Dentre as técnicas avaliadas, o método do Termo de Tensão Adicional (TTA) se mostrou o mais vantajoso por permitir reduzir o custo computacional, assim como alterar o valor do coeficiente de arrasto dependendo da geometria da estrutura. Quando comparados os resultados de perfis de velocidades longitudinais, observou-se que a técnica de TTA consegue assemelhar os valores da técnica de RM a partir de uma distância de 100 m a jusante dos pilares. Por esse motivo, concluiu-se que o método de TTA é apropriado para o estudo de processos distantes das estruturas, fora da esteira logo a jusante. O trabalho apresenta um estudo de sensibilidade do coeficiente de arrastro de pilares com seção circular que permite ao leitor ter uma noção da influência deste coeficiente.

Resumo em Inglês:

ABSTRACT In the computational modeling of water environments there are cases where slender vertical structures, like bridge piers, are part of the modeling domain. In this work, four strategies for modeling the presence of bridge piers were studied: Mesh Refinement (MR), Nodal Island (NI), Additional Stress Term (AST) and Increasing Bottom Roughness (IBR). For each method, advantages and disadvantages were discussed. AST was the most favorable of the techniques studied due to the fact that it drastically decreases the time of computation, as well as providing the possibility to choose the drag coefficient according to the pier geometry and hydrodynamic condition. Comparing the results of longitudinal centerline velocity profiles, it has been observed that the AST method provides similar results to the RM method from a distance of 100 m downstream of the pier. For this reason, the research concludes that the AST method is appropriate to evaluate the flow distant from the structures, outside the near wake. This work presents a sensibility study of the pier drag coefficient to make the reader aware of the influence of this parameter.

Resumo em Português:

RESUMO O ressalto hidráulico é um fenômeno muito utilizado para dissipar energia a jusante de estruturas hidráulicas em virtude das suas características bifásicas e macroturbulentas, associadas a intensas flutuações de pressão, velocidade e nível. Estas variações bruscas de flutuação de pressão podem causar danos nas bacias de dissipação por ressalto hidráulico, tais como: erosão decorrente de cavitação, sobrelevação das lajes de fundo. Portanto o conhecimento do comportamento das flutuações de pressões ao longo do ressalto hidráulico é fundamental para a busca de soluções seguras e econômicas. Este trabalho tem por objetivo identificar e predizer as características das flutuações de pressões junto ao fundo de uma bacia de dissipação, a partir de uma abordagem que considera o ressalto hidráulico como uma composição de efeitos hidráulicos identificados individualmente com distintas condições de escoamento. Para isso, foi realizado o monitoramento e análise das distribuições de pressão em termos médios, suas flutuações e seu valores extremos junto aos contornos sólidos. A abordagem se mostrou eficaz para a compreensão do fenômeno permitindo a estimativa de valores para as diferentes condições de contorno.

Resumo em Inglês:

ABSTRACT Hydraulic jump is a phenomenon largely used to dissipate energy downstream of hydraulic structures due to their biphasic and macroturbulent characteristics, associated with intense pressure, velocity and level fluctuations. These sudden pressure variations can cause damage to stilling basins, such as: cavitation erosion and superelevation of the floor slabs. Therefore, it is essential to know the behavior of pressure fluctuations along the hydraulic jump to look for safe and economic solutions. This work aims to identify and predict the characteristics of pressure fluctuations, at the bottom of the stilling basin, considering the hydraulic jump as a sum of hydraulic effects individually identified with distinct flow conditions. To do so, the pressure distribution was monitored and analyzed on average terms, and its fluctuations and extreme values along the solid outlines. The approach proved effective for the compression of the phenomena allowing the estimation of values for different outline conditions.

Resumo em Português:

RESUMO A não-estacionariedade em séries temporais hidrológicas tornou-se tema de notória relevância nas últimas décadas. Consequentemente, os métodos convencionais utilizados na análise de frequência e quantificação do risco associado à ocorrência de eventos extremos carecem de adequação. O objetivo do presente trabalho é a análise de frequência e quantificação do risco de precipitação para a duração de dez dias, em Tarauacá, estado do Acre. Os resultados indicaram que a distribuição de Gumbel não-estacionária, com tendência linear temporal nos parâmetros de posição e de escala, conforma-se melhor aos dados observados, permitindo a quantificação mais confiável do risco de eventos raros e a determinação de quantis de referência associados a horizontes típicos de planejamento ou projeto de estruturas hidráulicas.

Resumo em Inglês:

ABSTRACT Nonstationary trends in hydrological time series have aroused the interest of experts in recent decades. Consequently, conventional methods used for frequency analysis and quantification of risk associated with the occurrence of extreme climate events require adjustment. This study aims to perform the frequency analysis and the quantification of the risk of precipitation for a ten-day period in Tarauacá - Acre, Brazil. The results have shown that nonstationary Gumbel distribution with time-dependent location and scale best fits the observed data, thus allowing the most reliable measurements for risk of rare events, and determining reference quantiles associated with planning horizons or design of hydraulic structures.

Resumo em Português:

RESUMO A investigação de processos inerentes a um sistema estuarino permite inferir de forma mais precisa a complexa dinâmica de constituintes presentes em suas águas, de modo a otimizar estratégias de ação em planos de gestão e projetos ambientais em regiões costeiras. Este trabalho apresenta um estudo da hidrodinâmica do Sistema Estuarino de Santos (Estado de São Paulo), com enfoque em aspectos relacionados ao transporte de constituintes presentes em suas águas de origem continental. Por meio do SisBaHiA (Sistema Base de Hidrodinâmica Ambiental) foi implementado um modelo hidrodinâmico computacional para a reprodução dos padrões de circulação do sistema. A partir de simulações com o Modelo de Transporte Lagrangeano, foram representadas as descargas dos afluentes mais expressivos: Rio Boturoca, Rio Cubatão, Rio Quilombo e Rio Itapanhaú. Os resultados foram analisados probabilisticamente em função do tempo de vida das águas que adentram o sistema e de suas porcentagens de ocorrência, numa determinada posição ao longo do período de simulação. Esses resultados permitiram analisar as trajetórias das águas continentais afluentes, na forma de mapas de isolinhas de porcentagem de ocorrência, separados por tempo de vida limite. Os mapas indicaram que as águas do Rio Cubatão alcançam a Baía de Santos preferencialmente pela embocadura do Estuário de São Vicente, diferentemente do Rio Quilombo, cujas águas seguem preferencialmente pelo Canal do Porto. As águas do Rio Cubatão permaneceram na maior parte do tempo aprisionadas nas regiões de mangue. Considerando 3 dias de tempo de vida, apenas durante 1% do período simulado, estas alcançaram os canais principais.

Resumo em Inglês:

ABSTRACT In order to optimize action strategies for environmental management plans and environmental projects in coastal areas, the investigation of processes related to an estuarine system contributes to a better inference of the complex dynamics of constituents present in its water. This paper reports a hydrodynamic study of the Santos Estuarine System (São Paulo State, Brazil) focused on aspects related to the transport of constituents from inland water discharges. A computational model was implemented using SisBaHiA (Base System for Environmental Hydrodynamics) in order to reproduce the hydrodynamic patterns of the system. Based on the Lagrangian Transport Model the most significant tributary river discharges were represented: Boturoca River, Cubatão River, Quilombo River and Itapanhaú River. Results were probabilistically analyzed based on the lifetime of tributary discharges flowing into the estuarine system and their position during the simulation period. Such simulation results were presented on contour maps of occurrence percentage separated by lifetime limits, supporting a trajectory analysis of the inland water discharges. Map results indicated that water from Cubatão River reaches the Santos Bay preferably through the mouth of the São Vicente Estuary and water from Quilombo River preferably flows through the Port of Santos Channel instead. Water from Cubatão River remained in a mangrove area during most of the simulation period. Considering 3 days of lifetime limit only 1% reached the main channels.

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RESUMO Este estudo avalia a aplicação de equipamentos poupadores, em edifícios verticais, visando minimizar o impacto da demanda de água gerada, em um horizonte de cinco anos, no bairro do Catolé, em Campina Grande – PB. Investiga-se a redução do consumo de água a partir da utilização de mecanismos poupadores em edifícios residenciais, com o intuito de estabelecer parâmetros para a construção de novas edificações. Espera-se que estes parâmetros possam servir de suporte ao planejamento urbano, auxiliando no estabelecimento de meios de incentivo para minimizar o consumo de água. Para tanto, são selecionados cinco tipos de mecanismos poupadores e avaliados os custos de implantação e a eficiência dos mesmos. O consumo de água é simulado para edifícios em construção e são gerados cenários, utilizando os mecanismos poupadores, com a finalidade de verificar o quanto a utilização desses equipamentos contribuiria para a redução da demanda de água. Os resultados indicam que a utilização dos equipamentos poupadores reduz em 83,26% o consumo final de água em edifícios verticais. Conclui-se que é possível minimizar o problema da escassez da água, utilizando instrumentos de gerenciamento que contribuam para a racionalização do uso, visto que ações de responsabilização da sociedade pelo consumo consciente dos recursos naturais têm se mostrado eficazes, pois agregam, consequentemente, qualidade às áreas urbanas.

Resumo em Inglês:

ABSTRACT This research evaluates the use of water saving equipment in vertical buildings, in order to minimize the impact of water demand increasing over five years. The area studied is a district of Campina Grande city (PB) named Catolé. A survey was developed of some reducing devices that could contribute to the water demand decrease in the studied buildings. Water Demand Management recommends the use of water saving devices in buildings to decrease water consumption. The main goal was to evaluate the reduction of the water use caused by water savers in residential buildings and to try to establish parameters for the new buildings. Those parameters can be used for urban planning guidelines and laws to minimize water consumption. Therefore, four different types of water saving devices were selected and the economic and efficiency aspects of implementation were analyzed. Some scenarios were simulated for unfinished buildings (under construction) to evaluate the future water consumption. The results obtained show that the use of water saving devices can reduce water consumption in vertical buildings by 83.26%. Therefore, it has been concluded that it is possible to minimize the water scarcity problem using management tools that can contribute to rational use and also improve society’s awareness of natural resources in urban areas.

Resumo em Português:

RESUMO Neste trabalho buscou-se avaliar e modelar matematicamente, por meio de modelo fenomenológico, a remoção de material particulado em canal gramado construído em escala real. Para tal, foram investigadas diferentes concentrações iniciais (Co) de material particulado: 65; 131; 196; 262 e 327 mg/L, os quais foram descarregados por meio de hidrogramas simulados em canal de 100 m de extensão e declividade de 2%. As medidas de material particulado foram feitas por meio da turbidez e da análise de sólidos suspensos totais (SST), em 26 posições ao longo do comprimento do canal. Os dados experimentais foram ajustados ao modelo por meio de regressão não linear dos parâmetros (kd) e (C*), os quais correspondem a constante cinética de decaimento e ao valor mínimo assintótico a curva de remoção, respectivamente. As frações removidas e o ajuste matemático foram avaliados e realizadas para cada evento isolado e também para o conjunto de resultados. Em termos médios, o módulo do erro relativo variou entre 0,83% e 5,11%, sendo o maior valor médio obtido para a menor concentração de material particulado investigado (65 mg.L-1). Em relação aos valores obtidos para as constantes de decaimento (kd), as quais representam a frequência de remoção de material particulado, verifica-se que a mesma tende a um valor mínimo para as maiores concentrações iniciais de material particulado (Co). Tal fato indica que, quanto maior a concentração inicial de material particulado (Co), maior a extensão de percurso requerida para sua remoção, com limite máximo observado em torno de 80 m, para concentrações acima de 196 mg.L-1.

Resumo em Inglês:

ABSTRACT A mathematical model was applied to describe the removal of particulate matter in a real-scale lawn-lined channel. For this purpose different initial concentrations (Co) of particulate matter were investigated, as follows: 65; 131; 196 ; 262 and 327 mg/L. The hydrographs investigated, containing suspended solids, were discharged into a 100 m long channel with a 2% slope. The particulate matter was measured by analyzing turbidity and total suspended solids (TSS) at 26 sites throughout the length of the channel. The experimental data were fitted to the model using nonlinear regression parameters (kd) and (C *), which correspond to the decay kinetics constant and minimum limiting values of the removal curve, respectively. Fractions removed and mathematical fitting were assessed and performed for each isolated event and also for the set of results. On average, the magnitude of the relative error ranged from 0.83% to 5.11%, with the highest average value obtained for the lowest concentration of particulate matter (65 mg L -1). Regarding the values obtained for the decay constants (kd), which represent the frequency of removal of particulate matter, it is noted that it tends to a minimum value for the higher initial concentrations of particles (Co) . This fact indicates that the higher the initial concentration of particulate matter (Co), the greater the extent of travel required for its removal, with a maximum observed at around 80 m, for concentrations above 196 mg.L -1 .

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RESUMO A delimitação de bacias hidrográficas, geração da rede de drenagem e determinação de características hidráulicas de um rio de interesse são partes importantes de estudos na área de hidrologia. Atualmente muitas dessas informações são obtidas com o processamento de modelos digitais de elevação (MDEs) em softwares comerciais de SIG, como o ArcGIS e o IDRISI. Por outro lado, pacotes de SIG para uso livre, ou seja, gratuitos e de código aberto, têm aumentado significativamente nos últimos anos, e as vantagens desses pacotes incluem ampla distribuição e customização, desenvolvimento continuado pela comunidade de usuários e atendimento a necessidades específicas. Este trabalho apresenta o pacote livre (open-source) denominado IPH-Hydro Tools, um conjunto de ferramentas acoplado ao software livre MapWindow GIS criado para facilitar a aquisição de informações topológicas em bacias hidrográficas, bem como realização de etapas de pré-processamento em modelos hidrológicos a exemplo do MGB-IPH. Para avaliar a aplicabilidade e o desempenho da ferramenta desenvolvida foram realizados testes específicos, através da comparação dos resultados do IPH-Hydro Tools em relação a outros pacotes de SIG (ArcGIS, IDRISI, WhiteBox) disponíveis para esta finalidade. O IPH-Hydro Tools apresentou qualidade de rede de drenagem geralmente superior aos demais pacotes e menor tempo de processamento necessário para delimitação de bacias, apesar de algumas limitações como incompatibilidade em relação a matrizes muito grandes e dificuldade na representação da rede de drenagem em áreas extensas de mesma cota, a exemplo de reservatórios e rios muito largos.

Resumo em Inglês:

ABSTRACT Watershed delineation, drainage network generation and determination of river hydraulic characteristics are important issues in hydrological sciences. In general, this information can be obtained from Digital Elevation Models (DEM) processing within GIS commercial softwares, such as ArcGIS and IDRISI. On the other hand, the use of open source GIS tools has increased significantly, and their advantages include free distribution, continuous development by user communities and full customization for specific requirements. Herein, we present the IPH-Hydro Tools, an open source tool coupled to MapWindow GIS software designed for watershed topology acquisition, including preprocessing steps in hydrological models such as MGB-IPH. In addition, several tests were carried out assessing the performance and applicability of the developed tool, given by a comparison with available GIS packages (ArcGIS, IDRISI, WhiteBox) for similar purposes. The IPH-Hydro Tools provided satisfactory results on tested applications, allowing for better drainage network and less processing time for catchment delineation. Regarding its limitations, the developed tool was incompatible with huge terrain data and showed some difficulties to represent drainage networks in extensive flat areas, which can occur in reservoirs and large rivers.