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RBRH, Volume: 22, Publicado: 2017
  • Wave directional measurement in Patos Lagoon, RS, Brazil Scientific/technical Article

    Lemke, Natália; Calliari, Lauro Julio; Fontoura, José Antônio Scotti; Aguiar, Déborah Fonseca

    Resumo em Português:

    RESUMO A caraterização do clima de ondas em ambientes costeiros representa fundamental importância para profissionais da oceanografia e da engenharia oceânica no que diz respeito a obras de proteção litorânea. Desta forma, este estudo tem por objetivo determinar os parâmetros de ondas (alturas significativas, períodos de pico e direções de pico) mais frequentes na Lagoa dos Patos durante o período de operação de um ondógrafo direcional (27/01/2015 a 30/06/2015). Fundeado a aproximadamente 14 km da costa de São Lourenço do Sul, no ponto de coordenadas 31º29’06”S e 51º55’07” W, com profundidade local de seis metros, o equipamento registrou séries temporais de alturas significativas, períodos de pico e direções de pico das ondas. Durante o período analisado, as maiores frequências de ondas corresponderam a curtos períodos (entre 2 e 3,5 segundos) e a pequenos valores de alturas significativas (até 0,6 metros), com direções de pico provenientes de leste. As maiores ocorrências de ondas corresponderam às direções de pico provenientes de leste (33,3%), aos períodos de pico entre 2,5 e 3 segundos (25,6%) e entre 3 e 3,5 segundos (22,1%), e às alturas significativas de até 0,3 metros (41,2%) e de 0,3 a 0,6 metros (38%). Esta pesquisa produziu resultados inéditos para a Lagoa dos Patos, descrevendo detalhadamente os parâmetros de ondas mais ocorrentes durante o período analisado, formando uma base consistente a diversos outros estudos que ainda poderão ser realizados pela comunidade científica.

    Resumo em Inglês:

    ABSTRACT The wave climate characterization in coastal environments is essentially important to oceanography and coastal engineering professionals regarding coastal protection works. Thus, this study aims to determine the most frequent wave parameters (significant wave height, peak period and peak direction) in Patos Lagoon during the period of operation of a directional waverider buoy (from 01/27/2015 to 06/30/2015). The equipment was moored at approximately 14 km from the São Lourenço do Sul coast at the geographic coordinates of 31º29’06” S and 51º55’07” W, with local depth of six meters, registering significant wave height, peak period and peak direction time series. During the analyzed period, the greatest wave frequencies corresponded to short periods (between 2 and 3.5 seconds) and small values of significant wave heights (up to 0.6 meters), with east peak wave directions. The largest wave occurrences corresponded to east peak wave directions (33.3%); peak wave periods between 2.5 and 3 seconds (25.6%) and between 3 and 3.5 seconds (22.1%); and to significant wave heights of up to 0.3 meters (41.2%) and from 0.3 to 0.6 meters (38%). This research yielded unprecedented findings to Patos Lagoon by describing in detail the most occurring wave parameters during the analyzed period, establishing a consistent basis for several other studies that might still be conducted by the scientific community.
  • Alternative mechanisms of charging for use of water resources in wastewater assimilation Scientific/technical Article

    Oliveira, Amanda Rodrigues Moreira de; Borges, Alisson Carraro; Matos, Antonio Teixeira de; Silva, Demétrius David da; Pruski, Fernando Falco

    Resumo em Português:

    RESUMO Atualmente, a cobrança pelo uso da água para fins de assimilação de efluentes é, na maioria das bacias hidrográficas brasileiras, baseada no cálculo da carga orgânica emitida, quantificada em termos da Demanda Bioquímica de Oxigênio (DBO). Trata-se de um método pouco abrangente considerando-se a variedade e composição dos efluentes comumente lançados. Assim, objetivou-se propor mecanismos alternativos de cobrança pelo uso qualitativo dos recursos hídricos, procurando-se a inserção de novos parâmetros, além da DBO, como critério de cálculo; e avaliar o potencial de arrecadação tomando-se como estudo de caso a bacia hidrográfica do rio Doce. Foram duas as propostas apresentadas: a do Equivalente Populacional Limitante (EPL) e a do Volume Comprometido (VC); estabelecendo-se a aplicação de 5 parâmetros de qualidade de água: Demanda Bioquímica de Oxigênio, Demanda Química de Oxigênio, Sólidos Suspensos Totais, Nitrogênio Amoniacal e Fósforo. Os mecanismos propostos contemplaram, de forma mais ampla, o real problema da qualidade das águas na bacia do Doce; e as simulações evidenciaram o fósforo como um problema preocupante para a gestão dos recursos hídricos na referida bacia. A proposta do Equivalente Populacional Limitante foi considerada a de mais fácil aplicação e entendimento pelos usuários.

    Resumo em Inglês:

    ABSTRACT Nowadays in most hydrological basins in Brazil, the charging mechanism of water use for effluents assimilation in inland surface water bodies is based on the emitted organic load parameter quantified in terms of Biochemical Oxygen Demand (BOD). This method is insufficient given the broad variety and compositions of discharges. Therefore, the objectives of the study are to propose alternative charging mechanisms for the qualitative use of water resources, aiming to insert, beside BOD, other parameters as calculation criteria; and to evaluate the charging potential for the Doce River hydrological basin. Two methods were proposed: the Limiting Population Equivalent (LPE) and the Compromised/Committed Volume (CV). Five water quality parameters were established: Biochemical Oxygen Demand, Chemical Oxygen Demand, Total Suspended Solids, Ammonia Nitrogen, and Phosphorus. The proposed mechanisms contemplated, from a broader perspective, the real problem concerning water quality in the Doce River basin. Simulations showed that phosphorus was a problem of concern for managing water resources in the specific basin. The method of Limiting Population Equivalent was considered of easiest application and understanding by its users.
  • The efficiency of curved jetties in Bay of Santos – SP: numerical modeling Scientific/technical Article

    Gireli, Tiago Zenker; Souza, Camila Maria Mateus Alves de; Nobre, Larissa Bertholdo; Garcia, Patrícia Dalsoglio

    Resumo em Português:

    RESUMO Atualmente o Porto de Santos é o maior da América Latina, e encontra-se em processo de aprofundamento de seu canal de acesso prevendo alcançar a profundidade de 17,0 m como meta final. Especificamente para o trecho da barra marítima que hoje é mantida somente por dragagem, espera-se um incremento significativo no volume de dragagem de manutenção. Neste sentido, este trabalho empregou a modelagem matemática para verificar a eficiência da construção de dois molhes guia – corrente curvos para a transposição da barra marítima do canal do Porto de Santos e avaliar sua eficiência na manutenção das profundidades no canal. Foi utilizado o módulo hidrodinâmico do software Mike 21 para que os resultados pudessem ser comparados aos obtidos em modelação física nas mesmas condições de simulação. Os resultados apontaram que, assim como os resultados obtidos em modelo físico, ocorre incremento das velocidades das correntes com a introdução dos molhes propostos indicando ser plenamente viável a adoção de obras fixas para a transposição da barra marítima do Porto de Santos, podendo configurar-se como uma opção economicamente mais atraente do que a atual, para manter profundidades de 17,0 m.

    Resumo em Inglês:

    ABSTRACT Nowadays, Port of Santos is the largest in Latin America, and it is undergoing a process of deepening of its access channel and, as its final target, is expected to attain 17 m. A considerable increase in the maintenance dredging volume is expected, particularly for the section of the maritime sandbar that is, currently, only maintained by dredging. Consequently, this study employed numerical modeling to propose an efficient layout for two curved, current-guiding jetties for the transposition of the maritime sandbar of Port of Santos navigation channel, and it’s evaluated their efficiency in maintaining depths throughout the channel. Therefore, it was used only the hydrodynamic model of Mike 21 to compare the results with the physical modeling realized in the same simulation conditionals. The results indicate, in both approaches, the current velocities increased with the proposal jetties. Thus, the accomplished study indicates that the adoption of permanent constructions for transposition of the maritime sandbar of the Port of Santos is clearly feasible and it could constitute a more economically attractive option for maintaining depths of 17 m than the current one.
  • Overland flow generation mechanisms in the Concórdia River basin, in southern Brazil Scientific/technical Article

    Loewen, André Ricardo; Pinheiro, Adilson

    Resumo em Português:

    RESUMO Em uma bacia hidrográfica o escoamento superficial é responsável pela ocorrência de diversos problemas ambientais, como formação de ondas de cheias, erosão e transporte de sedimentos e de poluentes nas vertentes. Além disto, entender este processo hidrológico é de fundamental importância para aprimorar o conhecimento sobre fatores de interesse próprios de determinada região, pois interfere na produtividade agrícola e abastecimento de água para população e indústria, entre outras contribuições. Dois conceitos têm sido utilizados para descrever os processos de geração de escoamento superficial: (i) Horton (1933); e (ii) Dunne (1978). O modelo TOPMODEL representa o escoamento superficial pelas áreas de contribuição variável, que se desenvolvem ao longo dos cursos de água, seguindo o conceito de escoamento superficial de Dunne. Assim, este trabalho visou à avaliação dos mecanismos de geração de escoamento superficial da bacia do ribeirão Concórdia a partir da aplicação do modelo hidrológico TOPMODEL, utilizando-se dados hidrológicos medidos com rede de monitoramento de alta frequência instalada. Foram analisadas séries de dados de escoamentos fluviais para três sub-bacias: SF3 (29,74 km2), SF2 (5,81 km2) e SF1 (2,36 km2). Nestas, foram separados os hidrogramas de cheias e verificadas as condições de resposta do modelo hidrológico TOPMODEL. Foram utilizados dados de precipitação, vazão e evapotranspiração potencial, em escala horária, para as três sub-bacias. Em geral, o modelo mostrou adequada eficiência para a sub-bacia SF3, contudo, as sub-bacias SF2 e SF1 apresentaram distorção em seus parâmetros, atrasando o hidrograma simulado. Neste sentido, os resultados corroboram com o aparecimento mais frequente do escoamento dunniano na sub-bacia SF3, onde a topografia é mais suave e apresenta grandes áreas com baixa declividade, passíveis de contribuição em forma de área de saturação variável. As sub-bacias SF2 e SF1 apresentam características que refletem fortemente o escoamento superficial hortoniano, onde a topografia é declivosa e não permite de maneira frequente a formação de áreas de contribuição variável.

    Resumo em Inglês:

    ABSTRACT Overland flow in watersheds is responsible for the occurrence of various environmental problems, including flood formation, erosion and the transportation of sediment, and the addition of pollutants to the soil. Additionally, understanding this hydrological process is fundamental to improving knowledge regarding individual interest factors in a region, since it interferes with agricultural productivity and water supply for both the population and industry, among other contributions. Two principal theorists have described the overland flow generation processes: Horton (1933) and Dunne (1978). The TOPMODEL (a topography-based hydrological model) approach represents the overland flow by variable contribution areas, which develop along the watercourses following the concept of Dunne’s overland flow. Thus, this study aimed to evaluate the mechanisms of overland flow generated in the Concórdia River basin based on the application of the TOPMODEL, using measured hydrological data obtained from a high frequency installed monitoring network. Discharge data series were performed for three sub-basins: SF3 (29.74 km2), SF2 (5.81 km2), and SF1 (2.36 km2). In these sub-basins, the flood hydrograph were separated and its response conditions were verified in the TOPMODEL. Rainfall, discharge, and potential evapotranspiration data were used in an hourly scale for the three sub-basins. In general, the model showed adequate efficiency for the SF3 sub-basin; however, the SF2 and SF1 sub-basins showed distortion in its parameters, thereby delaying the simulated hydrograph in terms of time. Accordingly, the results corroborate the more frequent appearance of Dunnian overland flow in the SF3 sub-basin, where the topography is smoother and features large areas with a low slope, which serve as variable saturation areas. The SF2 and SF1 sub-basins present characteristics that strongly reflect Hortonian overland flow, with slopes in the topography that do not allow the frequent formation of variable contribution areas.
  • Compensatory alternatives for flooding control in urban areas with tidal influence in Recife - PE Scientific/technical Article

    Silva, Marcos Antonio Barbosa da; Silva, Simone Rosa da; Cabral, Jaime Joaquim da Silva Pereira

    Resumo em Português:

    RESUMO Este trabalho apresenta um estudo de alternativas compensatórias em drenagem urbana, utilizando o modelo SWMM (Storm Water Management Model), para o ponto crítico de alagamento numa área urbana e vulnerável as oscilações de maré, situada no Recife. Para isto, utilizaram-se informações cadastrais da rede de microdrenagem e definiram-se os parâmetros e variáveis necessários para a modelagem, tais como: subáreas de contribuição ao sistema de drenagem, indicando o percentual de impermeabilização do solo, largura equivalente, declividade e taxa de infiltração; chuva de projeto; e curva de maré. Com o modelo calibrado, foram simuladas duas condições alternativas. A primeira, que trata de uma adequação da rede de drenagem, apresentou reduções máximas no volume de alagamento de 37% para os eventos com período de retorno de dois anos e de 58% para cinco anos de recorrência. A segunda, baseada na implantação de um reservatório de detenção na rede existente, apresentou resultado satisfatório para o evento de dois anos e reduziu cerca de 38% para eventos de cinco anos. Os resultados mostraram que houve uma redução na área de alagamento para as condições simuladas. No entanto, a primeira alternativa não resolveria os problemas de alagamentos locais, apenas atenuaria e aumentaria a sobrecarga dos condutos a jusante do sistema modificado, enquanto que a segunda alternativa poderia resolver o problema dos alagamentos, com a ocorrência de um evento de dois anos.

    Resumo em Inglês:

    ABSTRACT This paper presents a study of compensatory alternatives in urban drainage, using SWMM model (Storm Water Management Model), for the critical point of flooding in an urban area and vulnerable to tide fluctuations, located in Recife. For this, we used the registered information of the micro-drainage network and defined the parameters and variables required for modeling, such as: the subareas of contribution to the drainage system, indicating the percentage of soil waterproofing, equivalent width, slope, and infiltration rate; project rain; and tide curve. Two alternatives were simulated after the model has been calibrated. The first, which is an adaptation of the drainage network, presented maximum reductions in the volume of flooding of 37% for the events with recurrence period of two years and of 58% for five years of recurrence. The second, based on the deployment of a detention tank in the existing network, presented satisfactory results for the event of two years and reduced approximately 38% for events of five years. The results showed that there was a reduction in the area of flooding for the conditions simulated. However, the first alternative would not solve the local flooding problems, it would only attenuate and would increase the overload of the drainage pipes downstream of the modified system, while the second alternative could solve the problem of flooding, with the occurrence of an event of two years.
  • Modeling metabolism in an integrated subtropical watershed-reservoir system Scientific/technical Article

    Tambara, Vinicius Teixeira; Fragoso, Carlos Ruberto; Marques, David da Motta

    Resumo em Português:

    RESUMO A morfologia e o aporte da bacia hidrográfica fazem dos reservatórios um sistema de transição entre rios e lagos com características particulares em termos hidrodinâmicos e de metabolismo. Estudos sobre o metabolismo em ecossistemas aquáticos subtropicais, particularmente em reservatórios, têm se baseado mais em medições diretas e pontuais e em relações estatísticas que em modelos analíticos capazes de representar os processos envolvidos em diferentes escalas espaço-temporais. O objetivo deste trabalho foi avaliar a variabilidade temporal do metabolismo de um reservatório subtropical na cidade de Caxias do Sul/RS através do modelo ecológico IPH-ECO, o qual foi acoplado ao modelo hidrológico IPH-II para estimar as contribuições da bacia hidrográfica. Após a calibração dos modelos, foram calculadas as taxas metabólicas de produção primária (GPP) e respiração (R) para o período de nov/2011 a dez/2012 através dos processos que compõem o balanço de oxigênio no modelo IPH-ECO. O reservatório apresentou um metabolismo autotrófico em 97% do período de simulação. As variações temporais de GPP e R acompanharam o padrão de variação da comunidade fitoplanctônica, sendo esta variação mais associada a fatores autóctones, tais como tempo de residência, disponibilidade de luz na água, concentração de nutrientes e predação por herbívoros. No período de chuva, foi observado um maior aporte de fósforo da bacia hidrográfica que provocou um aumento da concentração de clorofila-a e, consequentemente, das taxas de GPP e R. Considerando o período simulado, o metabolismo do reservatório respondeu mais em função da dinâmica interna do sistema do que ao aporte da bacia hidrográfica.

    Resumo em Inglês:

    ABSTRACT Reservoirs are considered transition systems between rivers and lakes with particular features due to its morphology and watershed inflows. Studies about aquatic metabolism in subtropical aquatic ecosystems, particularly in reservoirs, have been based on direct measurements and statistical relationships in specific gauge stations of the system rather than on analytical models, which are capable of representing the metabolic processes at different temporal and spatial scales. This paper aimed to evaluate the temporal variability of metabolism in a subtropical reservoir, named Faxinal reservoir, located in Caxias do Sul, Rio Grande do Sul state, Brazil, by using an ecological model (IPH-ECO) which was coupled with a hydrological model (IPH-II) to estimate inflows and nutrient loadings from the watershed. After model calibration, metabolic daily rates of gross primary production (GPP) and respiration (R) were estimated over a 1-year period (from November 2011 to December 2012), considering a process-based algorithm based on dissolved-oxygen budget implemented in the IPH-ECO model. Faxinal reservoir were net heterotrophic 97% of the simulation period. The temporal variability of GPP and R followed the general pattern of phytoplankton biomass in reservoir, which was more related to autochthonous factors such as water residence time, light availability, nutrient concentration and zooplankton grazing. Only during heavy rainfall period, increasing the terrestrial exports, the concentration of phosphorus was higher leading to an increase of chlorophyll-a concentration and hence metabolic rates of GPP and R. Therefore, considering the long dry period during the simulation, the aquatic metabolism of Faxinal reservoir is more influenced by the internal dynamic of the aquatic ecosystem than the watershed inputs.
  • Spatial variation of metals and phosphorus in sediments of a river influenced by urbanization Scientific/technical Article

    Macedo, Daniel; Froehner, Sandro; Sanez, Juan

    Resumo em Português:

    RESUMO Os sedimentos em suspensão formam compartimento ambiental especial que caracteriza os efeitos do uso do solo na bacia hidrográfica. Tal compartimento é capaz de armazenar compostos orgânicos e metais em geral, cujas variações espaciais nas concentrações podem ser associadas ao uso do solo, à composição do solo e à existência de fontes poluidoras na bacia. Aqui avaliamos a variação espacial da concentração de metais e fósforo nos sedimentos em suspensão em rio sob influência urbana. Por meio de amostradores integrados no tempo, amostras foram coletadas em três pontos com diferentes níveis de ocupação urbana: com 5,73%, 22,30% e com 54,06% de urbanização. Cada amostrador foi instalado de modo a ficar 20 cm abaixo da superfície da água, sendo coletadas amostras a cada 30 dias em cada ponto amostral. Doze amostras foram obtidas para análise de 27 elementos químicos. Dos 27 elementos selecionados para análise, 19 apresentaram taxas de variação de concentração positivas, indicando enriquecimento ao longo do trecho de rio amostrado. As maiores taxas de variação positivas foram obtidas para P (151,20%), La (117,98%), Cd (93,33%), Cr (71,43%), Na (68,75%), Ni (68,07%), Y (66,67%), Th (63,64%) e Zn (56,77%). Considerando a comparação com valores de referência locais conclui-se que Cd, Cr, Ni, P, Y e Zn aparecem associados ao aumento de urbanização na bacia; Co, Sc, Sn, Cu e Mn aparecem possivelmente associados à urbanização; Ba, La, Na, Pb e Sr demonstram comportamento inconclusivo em relação à influência urbana; e Al, Fe, Nb, Th, Ti, As, Ca, K, Mg, Va e Zr demonstram não estar associados ao aumento de urbanização.

    Resumo em Inglês:

    ABSTRACT The suspended sediments are a special compartment that characterizes the effects of land use in the watershed. Such compartment is able to trap organic compounds as well as metals in general. Spatial variation of concentrations can be accounted for the land use, soil composition and pollution. In this work, we aimed to assess the spatial variation of metals and phosphorus concentration presented in suspended sediments collected in a river under urban occupation. Using time-integrated suspended sediment samplers, samples were collectec in three sites covering different levels of occupation: Almirante Tamandaré (P1) and two in Curitiba city (Tingui Park -P2 and Barigui Park - P3). The sampler was settled to be 20 cm below the water surface and it was removed after 30 days. Twelve samples were collected to examining the following elements Al, As, Ba, Ca, Cd, Co, Cr, Cu, Fe, K, La, Mg, Mn, Na, Nb, Ni, P, Pb, Sc, Sn, Sr, Th, Ti, V, Y, Zn and Zr by ICP-OES. The first site is characterized with only 5.73% of urban area; meanwhile the site P3 has the highest urban area 54.06%. Among the twenty seven elements, nineteen showed a positive variation in concentration between collected sites, giving indication that an enrichment of metals along the river. The following elements showed positive variation: P (151.20%), La (117.98%), Cd (93.33%), Cr (71.43%), Na (68.75%), Ni (68.07%), Y (66.67%), Th (63.64%) and Zn (56.77%). Considering local reference values it is concluded that Cd, Cr, Ni, P, Y and Zn appear associated with urbanization increase in the basin; Co, Sc, Sn, Cu and Mn appear possibly associated with urbanization; Ba, La, Na, Pb and Sr show inconclusive behavior in relation with urban influence ; Al, Fe, Nb, Th, Ti, As, Ca, K, Mg, Zr and Va demonstrate not be associated with urbanization.
  • Water quality of the São Gonçalo channel, urban and agricultural water supply in southern Brazil Scientific/technical Article

    Albertoni, Edélti Faria; Palma-Silva, Cleber; Trindade, Claudio Rossano; Furlanetto, Leonardo Marques

    Resumo em Português:

    RESUMO O canal São Gonçalo liga as lagoas dos Patos e Mirim, no sul do Brasil, possuindo um comprimento de cerca de 70 Km. É importante manancial agrícola para a cultura do arroz irrigado, e urbano, para o município de Rio Grande, com cerca de 250 mil habitantes. Este trabalho visou obter um diagnóstico da qualidade das águas deste manancial, utilizando métricas da comunidade de invertebrados bentônicos (índice de Shannon-Wiener, abundância e riqueza de táxons), e o índice biótico BMWP, avaliação de características físicas e químicas, e aplicação do índice de estado trófico. O índice BMWP geral para o período indicou águas contaminadas ou poluídas, com maiores valores de riqueza e densidade de grupos indicadores de condições alteradas (Sarcodina e Hydracarina). As variáveis analisadas indicam águas eutrofizadas, com valores de clorofila-a característicos de ambientes eutróficos (> 2,9 µg. L-1), baixas taxas N:P tanto na água como no sedimento, indicando limitação por nitrogênio na maioria dos períodos. Estes valores são corroborados pelos escores de índices de estado trófico, que em sua maioria indicaram condições de mesotrofia e eutrofia, atingindo períodos de hipertrofia. Os valores de IET mais elevados ocorreram a jusante do rio Piratini, nas coletas de abril/2009 e fevereiro/2011, atingindo valores de super e hipereutrófico, respectivamente, em períodos coincidentes com drenagem das culturas de arroz irrigado no entorno. Os resultados encontrados relativos às concentrações de nutrientes, estequiometria de nitrogênio e fósforo e índice biótico reforçam a necessidade de avaliações de usos do entorno deste manancial.

    Resumo em Inglês:

    ABSTRACT São Gonçalo channel connects Patos and Mirim lagoons, in South Brazil. This ecosystem is 70 Km long, and is a major regional source of urban and agricultural water supply, mainly for the municipality of Rio Grande, with ca. 250 thousand citizens. This study aims to diagnose their water quality by measuring benthic invertebrates (Shannon-Wiener diversity index, richness and abundance), use of a BMWP biotic index, physical and chemical evaluation, and applying a trophic state index. The BMWP index showed predominance of taxa indicating altered conditions and polluted waters (Sarcodina and Hydracarina). The abiotic variables indicated eutrophicated waters, chlorophyll values characteristic of eutrophic environments (>2.9 µg. L–1), low N:P rates in sediment and water, with nitrogen limitation during most periods studied. The results of trophic state indexes indicated mesotrophic and eutrophic conditions, reaching hipereutrophic periods. The highest TSI were in Piratini river, in April 2009 and February 2011, coinciding with rice crop leaching. These results regarding nutrient concentration, nitrogen and phosphorus stoichiometry and biotic index support the need to evaluate the occupation of the surroundings of this water supply.
  • Identification of the degree of impact of dams on the hydrologic regime of semi-arid rivers: an evaluation of the DHRAM method Scientific/technical Article

    Souza, Naiah Caroline Rodrigues de; Fontes, Andrea Sousa; Luz, Lafayette Dantas da; Pinheiro, Sandra Maria Conceição

    Resumo em Português:

    RESUMO A regulação de vazões que ocorre a partir da implantação de barragens provoca consequências sobre ecossistemas fluviais devido às modificações nas características do regime hidrológico. A investigação dessas modificações ganha relevância, principalmente em regiões de semiárido onde há grande presença dessa obra hidráulica e carência de tais análises. Diante disso, o presente artigo teve como objetivo avaliar o Dundee Hydrological Regime Alteration Method (DHRAM) a partir da classificação do grau de impactos de barragens localizadas nos rios Itapicuru, Paraguaçu e seus afluentes, verificando a adequação de seu uso para representação de regime hidrológico de semiárido. Aplicou-se, então, o DHRAM em três versões: considerando os limiares que definem a pontuação para a classificação do grau de impacto na sua forma original (conforme Black et al. (2005)); com ajuste desses limiares às condições locais; e com reagrupamento das variáveis e ajuste nos limiares. Os resultados mostraram que o método em sua forma original é aplicável para rios de semiárido, entretanto tende a ser muito restritivo frente a alta variabilidade hidrológica natural característica desses rios, e acaba por apontar um grau de alteração elevado para barragens reconhecidas como não regularizadoras. O DHRAM com reorganização das variáveis e ajuste de limiares apresentou a classificação que mais se aproximou das características conhecidas das barragens estudadas, mostrando-se útil para avaliação do impacto por barragens ainda em projeto, e também, para orientar a adoção de regras de operação que minimizem as alterações hidrológicas mais significativas que sejam identificadas.

    Resumo em Inglês:

    ABSTRACT The flow regulation that results from the implantation of dams causes consequences to the river ecosystems due to the modification on the characteristics of the hydrologic regime. The investigation of these changes become relevant, mainly in semi-arid regions where there is a great amount of these hydraulic structures and lack of such analyzes. Considering the above, this paper aims to evaluate the Dundee Hydrological Regime Alteration Method (DHRAM) through the classification of the degree of impact of dams located on rivers Itapicuru, Paraguaçu and their tributaries, verifying the adequacy of its use to represent the semi-arid hydrologic regime. Thereby, the DHRAM was applied in three versions: considering the thresholds that define the scores to classify the degree of impact in its original set (accordingly to Black et al. (2005)); with the adjustment of those thresholds to local conditions; and, with the regrouping of variables and adjustment of thresholds. The results showed that the method in its original set is applicable to semi-arid rivers, however it tends to be very restrictive against the high natural hydrologic variability characteristic of these rivers, and it ends up pointing to a high degree of alteration for dams that are known for not causing a very siginifcant flow regulation. The DHRAM with the regrouping of variables and the adjustment of thresholds presented the classification that approached the most to the known characteristics of the studied dams, being useful for the evaluation of the impact of dams still in project, and also to guide the adoption of operating rules that minimize the most significant hydrologic alterations that are identified.
  • Connectivity among Wetlands of EPA of Banhado Grande, RS Scientific/technical Article

    Simioni, João Paulo Delapasse; Guasselli, Laurindo Antonio; Etchelar, Cecilia Balsamo

    Resumo em Português:

    RESUMO A Área de Proteção Ambiental do Banhado Grande (APABG), localizada na Região Metropolitana de Porto Alegre, compreende três áreas de banhados, o Banhado Chico Lomã, o Banhado Grande e o Banhado dos Pachecos. Em períodos de grandes pulsos de inundação extensas áreas inundáveis são formadas entre esses banhados e a planície de inundação do rio Gravataí, estabelecendo uma conectividade entre as Áreas Úmidas (AUs) da APABG. Essa conectividade faz com que haja interações entre essas AUs, como troca de nutrientes, sedimentos e organismos vivos. Deste modo, este trabalho tem por objetivo mapear as áreas inundáveis associadas aos grandes pulsos de inundação e analisar as áreas de conectividade na APABG. Para isto, estruturou-se o trabalho em três etapas: i) escolha de imagens de satélites e de dados de precipitação, entre os anos 2000 a 2015 para identificação dos grandes pulsos de inundação; ii) mapeamento das áreas inundáveis nos grandes pulsos de inundação, utilizando imagens de Índice de Diferença Normalizada da Água (NDWI); e iii) análise da conectividade entre as Áreas Úmidas. Conforme os resultados, em grandes pulsos de inundação, com precipitação pluviométrica maior que 247 mm, nos 30 dias anteriores à data da imagem, se estabelece uma grande área de conectividade entre as áreas úmidas, formando no polígono delimitado pela cota de 11 metros, dois tipos de conectividade: wetlands-wetlands connectivity, permitindo interações entre ambientes com depósitos paludiais e de fundo lagunar; e wetlands-stream connectivity, interligando os depósitos aluvionares e de planície de inundação do rio Gravataí com os depósitos de fundo lagunar e paludiais. Em pulsos de inundação com precipitação acumulada menor ou igual a 200 mm, nos últimos 30 dias, a superfície inundável apresenta-se fragmentada dentro do polígono associado à cota de 11 metros, principalmente no corredor entre os banhados Grande e dos Pachecos, que não chegam a se conectar pela inundação, formando apenas a wetlands-stream connectivity. Assim, a caracterização dos pulsos de inundação e da conectividade tornam-se fundamentais para o entendimento da dinâmica das AUs, pois, atentam para a necessidade de preservação destas áreas de grande importância para o controle de inundações, regulação microclimática e manutenção da biodiversidade.

    Resumo em Inglês:

    ABSTRACT The Environmental Protection Area (EPA) of Banhado Grande, located in the Metropolitan Region of Porto Alegre, comprises three areas of marshes, the Banhado Chico Lomã, the Banhado Grande and Banhado dos Pachecos. In periods of large flood pulses extensive flooded areas are formed between these wetlands and the river Gravataí floodplain, establishing a connectivity between the Wetlands of EPABG. This connectivity indicates that there is an interaction between these wetlands, such as exchange of nutrients, sediments and living organisms. Thus, this study aims to map extensive floodable areas associated with large flood pulses and to analyze the connectivity areas in EPABG. For this, the work is structured in three steps: i) choice of satellite images between the years 2000 to 2015 to identify largest flood pulses; ii) mapping of floodable areas in large flood pulses using images Normalized Difference Index Water (NDWI); and iii) analysis of the connectivity among wetlands. As the results, in large flood pulses, with precipitation greater than 247 mm, in the 30 days prior to the date of the image, establishing a large area of connectivity between the wetlands, forming on the polygon defined by elevation of 11 metres, two types of connectivity: wetlands-wetlands connectivity, allowing interactions among environments with turf and lagoon deposits; and wetlands-stream connectivity, linking the alluvial and floodplain of the Gravataí River deposits with the background lagoon and paludals deposits. Already, in flood pulses of flooding with rainfall less than or equal to 200 mm, in the last 30 days, the flooded area appears fragmented inside the polygon associated at an elevation of 11 metres, mainly in the corridor between the marshes Grande and the Pachecos, that does not connect by flood, forming just wetlands-stream connectivity. Thus, the characterization of the flood pulses and connectivity become fundamental to the understanding of the dynamic of wetlands, because, make aware of for the need to preserve these areas of importance for flood control, microclimate regulation and maintenance of biodiversity.
  • Proposal of a methodology for pre-selection of sewage treatment systems within watersheds Scientific/technical Article

    Fantin, Lucas Luiz Dall'Orto; Reis, José Antonio Tosta dos; Mendonça, Antonio Sérgio Ferreira

    Resumo em Português:

    RESUMO O processo de seleção de uma estação de tratamento de esgoto é complexo quando observado do ponto de vista de uma bacia hidrográfica, onde existem múltiplos lançamentos apresentando diferentes cargas e corpos d’água com diferentes capacidades de assimilação. Neste contexto, a presente pesquisa tem como objetivo estabelecer metodologia para a pré-seleção de alternativas de tratamento de esgoto no âmbito de bacias hidrográficas. A proposta metodológica envolve o uso combinado de modelo de qualidade de água, técnica de otimização e um conjunto de critérios de natureza técnica e econômica associados aos diferentes sistemas de tratamento de esgotos. Para avaliação da metodologia proposta foram considerados diferentes cenários de disposição de efluentes na bacia hidrográfica do rio Pardo, importante afluente do rio Itapemirim, curso d’água da porção sul do estado do Espírito Santo. Os resultados indicaram que o modelo de otimização que buscou a minimização das eficiências de tratamento no âmbito da bacia, permitindo uso da capacidade e de autodepuração dos cursos d’água, selecionou sistemas de tratamento que variaram da combinação de reatores UASB e lagoas de polimento a sistemas de infiltração lenta, alternativas de tratamento que apresentaram menores estimativas de custos presentes líquidos. A incorporação da equidade entre os sistemas de tratamento aumentou significativamente os custos presentes líquidos totais associados ao tratamento de esgoto no âmbito da bacia hidrográfica.

    Resumo em Inglês:

    ABSTRACT The selection of sewage treatment plants within watersheds is a complex process when there are multiple outflows presenting different loads and watercourses presenting different assimilation capabilities. In this context, the present study aims to establish a methodology for pre-selection of wastewater treatment alternatives within watersheds. The methodology involves the combined use of water quality model, optimization technique and a set of technical and economic criteria associated with different wastewater treatment systems. To evaluate the proposed methodology there were considered different effluent disposal scenarios in the Pardo river watershed. Pardo is a major tributary of the Itapemirim river, watercourse located in the southern portion of Espírito Santo State, Brazil. The results indicated that the optimization model, that aimed to minimize wastewater treatment efficiencies within the watershed, considering watercourses self-purification capacities, selected treatment systems ranging from the combination of UASB and polishing lagoons systems to slow infiltration, treatment alternatives that presented the lowest net cost estimates. The incorporation of equity perspective between treatment systems increased the total present net cost associated with wastewater treatment within the watershed.
  • Performance of water usage charge in the Nation’s domain as a water resource management tool in the São Francisco River basin Scientific/technical Article

    Vera, Leonardo Henrique Andrade; Montenegro, Suzana Maria Gico de Lima; Silva, Simone Rosa da

    Resumo em Português:

    RESUMO O presente artigo versa sobre a atuação da cobrança como instrumento de gestão na Bacia Hidrográfica do rio São Francisco no período entre 2010 e 2015, de acordo com os objetivos definidos na Lei 9.433/97. Os objetivos deste trabalho contemplaram: avaliação da participação dos usuários nos valores cobrados e por tipo de uso; comparação entre os valores cobrados e arrecadados para observar a aceitação do usuário em relação ao pagamento; aplicação dos recursos financeiros obtidos com arrecadação em relação às ações previstas no plano de investimento da bacia, avaliação da evolução dos usos: captação, consumo, lançamento de carga orgânica visando aferir a influência da cobrança no uso racional dos recursos hídricos e comparação entre os mecanismos de cobrança das bacias dos rios Paraíba do Sul, Piracicaba-Capivari-Jundiaí, Doce e São Francisco para os principais usos. Observou-se que a aceitabilidade dos usuários em relação à cobrança vem aumentando gradativamente. Apesar da adimplência dos usuários superior a 91% em 2013, os recursos financeiros arrecadados e a gestão da aplicação destes estão aquém da real necessidade de investimentos em ações de conservação da bacia. Em relação ao uso de captação de água não se observa o efeito da cobrança. Para os usos de consumo de água e lançamento de carga orgânica foram observados resultados discretos mas positivos. Recomenda-se uma revisão quanto aos critérios das vazões de referência e parâmetros da cobrança pelos usos dos recursos hídricos, bem como sugere-se estudar os mecanismos do modelo de cobrança das bacias dos rios Piracicaba-Capivari-Jundiaí e Paraíba do Sul, que utilizam a vazão de outorga e a vazão aferida para ajustes no modelo de cobrança vigente na Bacia Hidrográfica do rio São Francisco. De uma forma geral, a implantação da cobrança pelo uso da água na bacia do rio São Francisco apesar de ser recente, é um processo que aos poucos vem se consolidando e contribuindo para a sustentabilidade ambiental da bacia.

    Resumo em Inglês:

    ABSTRACT The present work consists in a study on the performance of usage charge as a management tool in the São Francisco River Basin in the period between 2010 and 2013, according to the objectives defined by the law 9.433/97. The objectives of this study considers: assessment of user participation in the amounts billed and type of use; comparative analysis of charged and collected amounts in the basin to observe user compliance to payments; analysis of the application of financial resources obtained from the revenue particularly the actions set forth by the basin investment plan, review of the evolution of uses: withdrawal, consumption, organic load discharge to assess the influence of usage charge on the rational use of water resources and comparison of pricing mechanisms of the Paraíba do Sul river, Piracicaba-Capivari-Jundiaí rivers, Doce river and São Francisco river basins for major uses. It is noted that the compliance by users to the usage charge is increasing gradually. Even though over 91% of the payments were on time by users in 2013, the financial resources obtained and the management to employ them do not meet the actual needs for investments in the basin conservation actions. With regards to the use of water withdrawal it is not observed the effect of the usage charge. For the uses of consumption and organic load discharge, the results were minor but positive. It is recommended a review of the reference flow and parameters of charging for water resources uses, and also it is suggested a study of the mechanisms of usage charge models implemented in the Paraíba do Sul river, Piracicaba-Capivari-Jundiaí river and Doce river basins, which uses the granted and measured flows for adjustments in the usage charge model, in the São Francisco river basin. All in all, the implementation of water usage charge in the São Francisco River basin despite it being recent, it is a process that will gradually be consolidating and contributing to environmental sustainability of the basin.
  • Macro-turbulent characteristcs of pressures in hydraulic jump formed downstream of a stepped spillway Scientific/technical Article

    Novakoski, Carolina Kuhn; Conterato, Eliane; Marques, Marcelo; Teixeira, Eder Daniel; Lima, Guilherme Abud; Mees, Alexandre

    Resumo em Português:

    RESUMO A bacia de dissipação tem como finalidade dissipar, através de ressalto hidráulico, a energia do escoamento junto à base do vertedouro. Por ser um fenômeno turbulento que provoca amplas flutuações de pressão junto ao fundo da bacia, o ressalto hidráulico pode comprometer a estrutura do dissipador por mecanismos como fadiga, subpressão e cavitação. A utilização de vertedouros em degraus permite a dissipação de uma parte da energia ainda durante o escoamento da água pela calha, o que possibilita a redução das dimensões e do custo da estrutura da bacia de dissipação. O presente artigo apresenta a análise das distribuições longitudinais da pressão média, das flutuações de pressão e dos coeficientes de assimetria e curtose, oriundas de ensaios realizados em modelos físicos hidráulicos. Foi feita uma comparação das características das pressões obtidas em uma bacia de dissipação a jusante de um vertedouro em degraus (para números de Froude entre 5 e 8) com dados observados em uma bacia de dissipação a jusante de um vertedouro de calha lisa, com raio de concordância entre a calha e a bacia (para números de Froude compreendidos entre 4,5 e 10). A partir dessa análise pode-se concluir que, diferentemente do ocorrido na bacia de dissipação com calha lisa, as pressões médias e flutuações de pressão observadas na bacia de dissipação a jusante de calha em degraus tem seu máximo no ponto mais próximo ao pé do vertedouro. O desenvolvimento longitudinal dos coeficientes de assimetria e curtose possibilitaram determinar as posições de início do descolamento do escoamento, de fim do rolo e de fim da influência do ressalto hidráulico no escoamento.

    Resumo em Inglês:

    ABSTRACT Stilling basins are structures built at the base of the spillway to dissipate energy, by means of a hydraulic jump. Hydraulic jump is a turbulent phenomenon that causes large pressure fluctuation in the stilling basin bottom, and can damage the sink structure through mechanisms such as fatigue, upflit pressure and cavitation. The use of stepped spillways allows the dissipation of a parcel of the energy while the water falls by the spillway, allowing a reduction in the stilling basin’s dimensions and cost. The present article presents the analysis of the longitudinal distribution of mean pressure, pressure fluctuations, skewness coefficient and kurtosis coefficient, derived from tests on physical hydraulic models. Pressure values measured in a stilling basin downstream of a stepped spillway (for Froude numbers between 5 and 8) were compared with data observed in a stilling basin downstream of a smooth spillway with a radius of concordance between the chute and the basin (for Froude numbers between 4.5 and 10). The results of these studies show that the mean pressures and the pressure fluctuation observed in the stilling basin downstream of stepped spillway present maximum values at the spillway’s closest point, differing, thus, from those at the smooth spillway. The longitudinal distribution of skewness and kurtosis coefficients enabled to define the positions for flow detachment start, roller ending and as well as the ending of the influence of the hydraulic jump over the flow.
  • Climate changes impact estimation on urban drainage system located in low latitudes districts: a study case in Fortaleza-CE Scientific/technical Article

    Sabóia, Marcos Abílio Medeiros de; Souza, Francisco de Assis de; Araújo, Luiz Martins de; Silveira, Cleiton da Silva

    Resumo em Português:

    RESUMO As alterações observadas nos eventos climáticos extremos refletem a influência das mudanças climáticas ocasionados for fatores antropogênicos, além da variabilidade natural do clima. Segundo projeções climáticas futuras, o aumento da temperatura média da superfície terrestre, ocasionará fortes mudanças nas precipitações médias anuais de quase todo o planeta. O objetivo primordial desse artigo é avaliar o impacto dos possíveis cenários de mudanças climáticas em sistemas de drenagem urbana localizados em baixas latitudes. O local específico do estudo foi uma das sub-bacias do Rio Cocó, na cidade de Fortaleza-CE. Foram utilizados dados de precipitações oriundos de 6 (seis) modelos de circulação global, são eles: bcc-csm1, CanESM2, CCSM4, CESM1-CAM5, inmcm4 e MIROC5. Esses dados foram extraídos e interpolados para a cidade de Fortaleza-CE. Essas informações foram utilizadas com o intuito de gerar novas equações IDF projetadas para o futuro, através da utilização do “Método da Correspondência de Quantis Equidistantes”, baseadas nas projeções climáticas RCP 4,5 e RCP 8,5. Os novos valores de precipitação gerados por essas novas curvas IDFs foram utilizados como um dos dados de entrada do programa HEC-HMS. Os resultados mostraram que devem ocorrer grandes aumentos nas vazões e volumes escoados no sistema de drenagem analisado, sendo que o cenário RCP 8.5 apresentou valores ainda mais acentuados do que o gerado pelo cenário RCP 4,5.

    Resumo em Inglês:

    ABSTRACT The observed changes in extreme weather events reflect the influence of climate change caused by anthropogenic factors, in addition to natural climate variability. According to future climate projections, the increase in the average surface temperature will cause major changes in the average annual rainfall of almost the entire planet. The primary objective of this study is to evaluate the impact of possible scenarios of climate change on urban drainage system in locations situated at low latitudes. The specific location of the study was one of the Rio Cocó sub-basins in the city of Fortaleza-CE. It was used rainfall data generated by 6 (six) different global circulation models: bcc-CSM1, CanESM2, CCSM4, CESM1-CAM5, inmcm4 and MIROC5. These data were extracted and interpolated to the city of Fortaleza-CE. This information was used in order to generate new IDF equations designed for the future, by using the “Equidistance Quantile Matching Method”, based on climate projections RCP 4.5 and RCP 8.5. The new values of rainfall generated by these new IDF curves were used as input data to HEC-HMS program, which is capable of calculating flow and volume disposed in a particular basin. The results showed that large increases in flow rates and volumes disposed in the analyzed drainage system will occur, and that the RCP 8.5 scenario presented even more pronounced values than the ones generated by the scenario RCP 4.5.
  • Evaluation of occurrence of NO3–, Coliform and atrazine in a karst aquifer, Colombo, PR Scientific/technical Article

    Schleder, Aluana Ariane; Vargas, Lucília Maria Parron; Hansel, Fabricio Augusto; Froehner, Sandro; Palagano, Leonardo Tozini; Rosa, Ernani Francisco da

    Resumo em Português:

    RESUMO A vulnerabilidade de aquíferos do tipo cársticos à contaminação por atividades agropecuárias ocorre em função de sua estrutura geomorfológica. No entanto, existem poucos estudos desta natureza no Brasil. O objetivo deste estudo foi avaliar a ocorrência de nitrato, bactérias coliformes e atrazina em poços rasos e profundos no aquífero cárstico paranaense sob influência de atividades agrícolas. O estudo foi realizado em uma área de agricultura intensiva sobre aquífero cárstico da bacia hidrográfica do Alto Iguaçu/Ribeira no município de Colombo-PR. As campanhas amostrais foram realizadas no período entre 2014 e 2015 em 15 poços rasos e 7 poços profundos, para análise bacteriológica, de NO3- e de atrazina na água. A concentração de NO3- nos poços rasos variou entre 0,14 mg L-1 e 40,22 mg L-1. Nos poços profundos, as concentrações foram menores, entre 1,24 mg L-1 e 17,86 mg L-1. A análise de coliformes totais e fecais apresentou a mesma tendência da presença deNO3-. A atrazina foi detectada em 5 poços rasos e 4 profundos. Propriedades físico-químicas da atrazina, assim como, as fraturas do aquífero cárstico e alta condutividade hidráulica podem ser consideradas como fatores determinantes no destino deste pesticida.

    Resumo em Inglês:

    ABSTRACT The vulnerability of karst aquifers to contamination by agrochemical compounds was studied. Such contamination occurs due to its geomorphological structure. Despite the fact, aquifers are important to provide potable water, there is a lack of research about karst aquifers in Brazil. The aim of this study was to evaluate the occurrence of nitrates, fecal coliform bacteria and atrazine in shallow and deep wells in the karst aquifer in the State of Paraná, which is affected by agricultural activities. This study was conducted in an intensive agricultural area located inside the basin of the Upper Iguassu/Ribeira in the Municipality of Colombo, Paraná in Brazil. The sampling campaigns were carried out between 2014 and 2015 in fifteen shallow wells and seven deep wells. Nitrates, total and fecal coliforms and atrazine were analyzed. Nitrates were found in higher concentration in all shallow wells, ranging from 0.14 mg L-1 and 40.22 mg L-1. In deep wells, the lower concentrations were between 1.24 mg L-1 e 17.86 mg L-1. The analysis of total and fecal coliforms showed the bias for nitrates. Atrazine was detected in five shallow wells and in four deep wells. Physico-chemical characteristics of atrazine as well as fractures of the karstic aquifer and high hydraulic conductivity can be considered as determining factors in the fate of pesticides.
  • Absolute roughness calculation by the friction factor calibration using the Alternative Hydraulic Gradient Iterative Method on water distribution networks Scientific/technical Article

    Bezerra, Alessandro de Araújo; Castro, Marco Aurélio Holanda de; Araújo, Renata Shirley de Andrade

    Resumo em Português:

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

    Resumo em Inglês:

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

    Araújo, Danniel Cláudio de; Silva, Pedro Oliveira da; Curi, Wilson Fadlo; Cabral, Jaime Joaquim da Silva Pereira

    Resumo em Português:

    RESUMO O processo de urbanização altera significativamente os processos de escoamento natural da bacia hidrográfica, com o aumento do volume das águas pluviais escoadas superficialmente, incremento das vazões de pico dos corpos d’água, degradação da qualidade da água, geração de sedimentos, entre outros. A gestão das águas pluviais tem, então, um papel fundamental em uma área urbana, este processo vem se tornando cada vez mais complexo, envolvendo não somente aspectos hidrológicos e hidráulicos, como também questões ambientais, sociais e sanitárias, além dos aspectos técnicos e de custos usualmente considerados. Esta complexidade leva, cada vez mais, ao uso da análise multicritério como suporte a decisão. Neste sentido, este trabalho objetiva a aplicação de uma metodologia de análise multicriterial aplicado a drenagem urbana, com o auxílio do PROMETHEE. Os resultados indicaram que a aplicação de análise de multicritério agregado aos cenários de intervenções hidráulicas se adequa bem à realidade, pois permite incluir uma gestão participativa.

    Resumo em Inglês:

    ABSTRACT The urbanization process significantly changes natural drainage processes within a river basin, for instance with the increase of volume of rainwater drained superficially it also increases the peak flows of water bodies, degradation of the water quality, and the sediment generation, among others. Rainwater drainage management plays a key role in urban areas, becoming increasingly complex, involving not only hydrological and hydraulic aspects, but also environmental, social and health issues, as well as other technical and high costs issues. This complexity leads, increasingly, to the use of multicriteria analysis as a support for decision-making. To deal with this, this work aimed to apply a multicriteria analysis methodology, using PROMETHEE method, to issues of urban rainwater drainage. The results indicated that the application of multiparticipative decision making and multicriteria analysis to possible scenarios of hydraulic interventions is well suited to reality.
  • Multicriteria Method in Data Envelopment Analysis: an application to measure the performance of the instrument of charging for water in the State of Ceará basins Scientific/technical Article

    Rodrigues, Marcus Vinicius Sousa; Aquino, Marisete Dantas de; Thomaz, Antônio Clécio Fontelles; Pereira, Rejane Felix

    Resumo em Português:

    RESUMO As políticas de recursos hídricos adotam instrumentos de gerenciamento, dentre os quais se destaca a cobrança pelo uso da água. Por existir múltiplos fatores que podem ser utilizados em uma análise da eficiência desse instrumento de gerenciamento em uma bacia hidrográfica, faz-se necessário o uso de uma metodologia científica de análise multicritério. O objetivo deste estudo foi analisar o desempenho da cobrança pelo uso da água bruta nas bacias hidrográficas do Estado do Ceará nas principais categorias de uso (industrial, abastecimento e irrigação) utilizando a metodologia de Análise por Envoltória de Dados (AED) e o modelo BBC, com o auxilio da ferramenta computacional SIAD (Sistema Integrado de Apoio à Decisão) para designar as unidades mais eficientes e menos eficientes a fim de aperfeiçoar a gestão desses recursos. Neste estudo, as unidades da indústria se destacaram, apresentando uma eficiência média de 57,67%, seguida pelo abastecimento público com uma eficiência média de 22,69% e a irrigação com uma eficiência média de 11,78%. A cobrança pelo uso da água da bacia do Litoral, no setor industrial, se destacou como a unidade mais eficiente de todo o conjunto estudado, já a unidade menos eficiente foi a bacia do Litoral, no setor irrigação.

    Resumo em Inglês:

    ABSTRACT The water policies adopt management instruments, among which the charge for water use stands out. Because there are many factors that can be used in an analysis of the efficiency of this management instrument in a watershed, it is necessary to use a scientific methodology for multi-criteria analysis. The aim of this study was to analyze the performance of charging for the use of raw water in the river basins of Ceará State in the main categories of use (industrial, supply and irrigation) using the methodology for data envelopment analysis (DEA) and the BBC model, with the help of computational tool SIAD (Integrated System for Decision Support) to designate the most and the least efficient units in order to improve the management of these resources. In this study, the industry units stood out, shwoing an average efficiency of 57.67%, followed by the public supply with an average efficiency of 22.69% and irrigation with an average efficiency of 11.78%. The charge for the use of water in the Litoral basin, in the industrial sector, stood out as the most efficient unit of the whole study, as the least efficient unit was the basin of the Litoral, in the irrigation sector.
  • Hydrological regionalization of maximum stream flows using an approach based on L-moments Scientific/technical Article

    Cassalho, Felício; Beskow, Samuel; Vargas, Marcelle Martins; Moura, Maíra Martim de; Ávila, Leo Fernandes; Mello, Carlos Rogério de

    Resumo em Português:

    RESUMO O dimensionamento adequado de estruturas hidráulicas é dependente das estimativas de vazões máximas. A escassez no monitoramento hidrológico no Brasil tem levado ao uso de métodos de regionalização. O principal objetivo do presente estudo foi desenvolver uma ferramenta via função regional para a estimativa das vazões máximas e seus respectivos tempos de retorno, com o suporte de técnicas baseadas no método dos momentos-L, com vistas a aplicações adequadas da engenharia hidrológica e da gestão de risco de cheias. As séries de vazão máxima diária anual foram ajustadas às funções densidade de probabilidade tradicionais de 2 parâmetros (Normal, 2-parameter Log-Normal, Gumbel, Gamma) e multiparâmetros (GEV and Kappa), baseando-se no método dos momentos-L, as quais foram utilizadas no desenvolvimento da função regional pelo método da curva adimensional. A capacidade preditiva da função regional foi determinada por validação cruzada para diferentes tempos de retorno. Pode-se concluir que a abordagem baseada nos momentos-L no ajuste da função regional foi satisfatória. Além disso,a função regional: i) foi aperfeiçoada quando as distribuições multiparâmetros acima mencionadas foram usadas e ii) foi classificada como ótima para tempos de retorno de até 100 anos sendo útil a projetos práticos de engenharia e na gestão de cheias.

    Resumo em Inglês:

    ABSTRACT The proper design of hydraulic structures depends on estimates of maximum stream flows. The scarce stream flow monitoring in Brazil has led to the use of regionalization methods. The main objective of this study was to develop a tool via regional function to estimate maximum stream flows and their corresponding return periods (RP) with the aid of techniques based on the L-moments method, seeking for adequate hydrologic engineering applications and flood risk management. Annual maximum stream flow historical series were adjusted to traditional 2-parameter probability density functions (PDFs) (Normal, 2-parameter Log-Normal, Gumbel, Gamma) and multiparameter PDFs (GEV and Kappa), based on the L-moments method, which were used in the development of the regional function employing the dimensionless curve method. The regional function’s predictive capability was determined by cross-validation for different RPs. It can be concluded that the approach based on L-moments was successfully used to adjust the regional function. In addition, the regional function: i) was improved when using the aforementioned multiparameter PDFs and ii) was framed as optimum for RP of up to 100 years and considered useful for practical engineering projects and flood risk management.
  • Space time evolution of the trophic state of a subtropical lagoon: Lagoa da Conceição, Florianópolis Island of Santa Catarina, Brazil Scientific/technical Article

    Silva, Victor Eduardo Cury; Franco, Davide; Fonseca, Alessandra Larissa; Fontes, Maria Luiza; Donnangelo, Alejandro Rodolfo

    Resumo em Português:

    RESUMO Níveis elevados de eutrofização em lagunas costeiras devido à atividade antrópica têm sido documentados no mundo inteiro. Dentre os impactos observados pode-se destacar anoxia, hipoxia, floração de algas tóxicas, mortalidade de peixes, redução da biodiversidade e perda da balneabilidade. O presente estudo teve por objetivo avaliar a evolução do estado trófico da Lagoa da Conceição, uma laguna subtropical localizada em uma bacia hidrográfica urbanizada na Ilha de Santa Catarina - Brasil. Para compreender as principais modificações biogeoquímicas ao longo do tempo foram investigados os padrões espaço-temporais da estratificação e da eutrofização. Os dados de qualidade da água foram obtidos a partir de campanhas de campo complementados com dados da literatura dos últimos 15 anos. A estrutura vertical da coluna da água e o estado trófico foram avaliados pelo o índice de estratificação e o índice TRIX, respectivamente. Análises de variância foram realizadas com o objetivo de identificar possíveis variações temporais na estratificação vertical e no nível trófico. Efeitos da eutrofização nos ciclos biogeoquímicos foram verificados através de uma análise de agrupamento multidimensional (MDS) e correlações entre as variáveis relacionadas a processos físico-químicos e biológicos foram verificadas através da análise de componentes principais (PCA). Os resultados mostraram que há homogeneidade da coluna d’água em todas as regiões da laguna exceto na região central sendo observadas as maiores concentrações de nitrogênio amoniacal e as menores concentrações de oxigênio dissolvido com períodos anoxia nas águas de fundo. Foi verificada elevação do nível trófico da laguna e sua incapacidade para processar as mudanças biogeoquímicas impressas pelo avanço urbano.

    Resumo em Inglês:

    ABSTRACT High levels of eutrophication in coastal lagoons due to human activity have been documented worldwide. Among the main impacts observed are anoxia, hypoxia, toxic algal blooms, fish kills, loss of biodiversity and loss of bathing. This study aimed to evaluate the evolution of the trophic state of Lagoa da Conceição, a subtropical lagoon located in an urbanized watershed on the island of Santa Catarina - Brazil. Spatio temporal patterns of stratification and eutrophication were investigated to understand the main biochemical changes over time. The water quality data were obtained from field campaigns supplemented with literature of the last 15 years. The vertical structure of the water column and the trophic state were evaluated by the stratification index and the TRIX index, respectively. Analyses of variance were performed in order to identify possible temporal variations in vertical stratification and trophic level. Eutrophication effects on biogeochemical cycles were verified through a multi-dimensional cluster analysis (MDS) and correlations between variables related to physical, chemical and biological processes were verified by principal component analysis (PCA). The results showed that the water column is homogeneous in all regions except in the central region of the lagoon, and the highest ammonia concentrations and lowest dissolved oxygen concentrations with periods of anoxia are observed in bottom waters. The study looked at the high trophic level of the lagoon and its inability to process the biogeochemical changes imposed by urban development.
  • Principle of maximum entropy in the estimation of suspended sediment concentration Scientific/technical Article

    Martins, Patrícia Diniz; Poleto, Cristiano

    Resumo em Português:

    RESUMO A preocupação com a qualidade das águas vem promovendo o desenvolvimento de técnicas cada dia melhores de monitoramento e controle. Como os sedimentos transportam a maior parte dos contaminantes da água, seu estudo é fundamental. Diante do elevado número de variáveis existentes para a estimativa da concentração de sedimentos e elevados custos de campanhas de monitoramento, torna-se necessário o desenvolvimento de métodos mais acessíveis e que tragam resultados práticos satisfatórios. Para tanto, este trabalho trata da aplicação do princípio da entropia máxima, um método probabilístico, para determinar a concentração de sedimentos em calhas com diversas concentrações e granulometrias. Para isso, foi proposta uma relação entre os parâmetros do princípio da entropia máxima para determinar o índice entrópico e facilitar o cálculo. Os resultados mostraram-se satisfatórios para concentrações acima de 10 g/L com R2 superiores a 0,88. Os erros quadráticos calculados neste trabalho foram inferiores aos encontrados quando utilizada a teoria da entropia por Tsallis e pela Equação de Rouse, modelos clássicos de estimativa do perfil de concentração de sedimentos. A aplicabilidade do modelo proposto e a facilidade da utilização do método probabilístico, já que reduz a quantidade de dados necessários para realizar a estimativa, torna-o viável em escala global.

    Resumo em Inglês:

    ABSTRACT The concern with water quality has been promoting development of better monitoring and control techniques every day. As sediments transport most of water contaminants, their study is fundamental. Given the large number of variables for estimating sediment concentration and high costs of monitoring campaigns, it becomes necessary to develop more accessible methods which bring satisfactory practical results. Therefore, this work deals with application of the principle of maximum entropy, a probabilistic method to determine concentration of sediments in river channels with various concentrations and particle sizes. For this purpose, it was proposed a relationship between the theory of entropy parameters in order to reduce the computational effort. The results were satisfactory at concentrations above 10 g/L with R2 greater than 0.88. The calculated squared errors in this study were lower than those found when using the theory of entropy by Tsallis and the equation of Rouse, classic models for determining the sediment concentration profile. The applicability of the proposed model and the ease of using the probabilistic method, since it reduces the amount of data needed to perform the estimate, makes it feasible on a global scale.
  • Circulation and salt balance in the São Francisco river Estuary (NE/Brazil) Scientific/technical Article

    Cavalcante, Geórgenes; Miranda, Luiz Bruner de; Medeiros, Paulo Ricardo Petter

    Resumo em Português:

    RESUMO Para avaliar como a descarga do rio e as correntes de maré influenciam a circulação e o transporte de sal no estuário do rio São Francisco, foram realizadas duas campanhas de 25 horas, além de perfis ao longo do canal principal do estuário (18/19 e 25/26 de fevereiro de 2014). A velocidade das correntes mostraram uma maior assimetria entre as correntes de enchente (v <0) e vazante (v> 0) durante a sizígia (-0,6 e 1,1 m/s), em comparação com a maré de quadratura (-0,4 e 1,0 m/s). Tal resultado foi atribuído à forte energia de empuxo intensificado pela maior força da descarga fluvial na sizígia. Em geral, a salinidade apresentou forte estratificação vertical variando da superfície ao fundo entre 0,0 <S <36,6 e 0,5 <S <36,1, durante a sizígia e quadratura, respectivamente. Apesar de a descarga do rio ter reduzido entre a maré da sizígia e quadratura, as condições de parcialmente misturado e altamente estratificado (tipo 2b) permaneceram para ambos os períodos, com advecção e difusão turbulenta contribuindo com 34% e 66% para o transporte de sal estuário acima na sizígia, respectivamente, e 56% e 44% durante a quadratura. Tal resultado foi atribuído ao equilíbrio entre as forçantes da maré e baroclínico, além da descarga do rio. O transporte de sal advectivo predominantemente na direção estuário abaixo para os ciclos das marés de sizígia (12,5 kg m-1s-1) e quadratura (15,2 kg m-1s-1) sugere que há pouca acumulação de sal dentro do estuário do São Francisco.

    Resumo em Inglês:

    ABSTRACT In order to evaluate how river discharge and tidal currents forcing influence the circulation and salt transport within the São Francisco River-Estuary, a two 25 hour surveys campaigns and along-channel profiles were performed in the estuary main channel (18/19 and 25/26 February 2014). The current intensity showed higher asymmetry between flood (v<0) and ebb (v>0) currents in spring tide (-0.6 and 1.1 m/s), as compared to neap tide (-0.4 and 1.0 m/s), which was attributed to the intense buoyancy energy enhanced by the stronger discharge in spring. Overall, salinity presented high stratified conditions and varied between 0.0<S<36.6, and 0.5<S<36.1 from surface to bottom, during spring and neap, respectively. Although river discharge reduced from spring to neap tide partially mixed-highly stratified conditions (type 2b) remained in both periods, with advection and diffusion contributing with 34% and 66% to the net upstream salt flux in spring, respectively, and 56% and 44% in neap tide, respectively, which was attributed to the balance of tidal and baroclinic forcing and river discharge. The dominant downstream advective salt transport in both spring (12.5 kg.m-1s-1) and neap (15.2 kg.m-1s-1) tidal cycles suggests that there is little salt accumulation inside the São Francisco estuary.
  • Impact of filamentous cyanobacteria on the water quality of two tropical reservoirs Scientific/technical Article

    Barros, Mario Ubirajara Gonçalves; Lopes, Ismael Keslley Carloto; Carvalho, Stella Maris de Castro; Capelo, José

    Resumo em Português:

    RESUMO Os lagos artificiais tem um papel primordial na disponibilidade hídrica no semi-árido Brasileiro. Entretanto, além dos efeitos negativos que os barramentos dos rios causam sobre a qualidade da água, a descarga de esgotos, a irrigação e a piscicultura intensivas vêm acentuando a deterioração da qualidade da água em um ritmo sem precedentes nesta região. A mudança climática é outro fator de impacto negativo na qualidade da água. O aumento da intensidade das precipitações pode redefinir a dinâmica das comunidades de plâncton e espécies mais adaptadas a ambientes extremamente variáveis. Os reservatórios estudados, Acarape do Meio (AM) e Sítios Novos (SN), foram selecionados com base na recorrência de resultados positivos para saxitoxinas. A dinâmicas do fitoplâncton encontrada, difere de outras áreas da mesma região, no sentido em que as cianobactérias filamentosas são dominantes. Baixas diversidade, concentração média e riqueza de Chlorophyceae e Bacillariophyceae foram encontrados em ambos os reservatórios, embora tenha sido observado um aumento durante o intenso período chuvoso de 2011, sugerindo uma ligeira melhoria da qualidade da água. Em geral, a diversidade no reservatório SN (1,08) foi maior que no AM (0,60). Uma correlação inversa entre a concentração de Cylindrospermopsis sp e outras cianobactérias foi encontrada nos reservatórios SN (R2 = –0,862) e AM (R2 = –0,997). Estações de chuvas intensas podem reduzir as concentrações de cianobactérias devido, provavelmente às elevadas taxas de diluição e renovação da água.

    Resumo em Inglês:

    ABSTRACT Artificial lakes play an important role in water availability in tropical semi-arid Northeastern Brazil. However, in addition to the negative effects that dams have on the water quality of rivers, other practices such as discharge of untreated wastewater, intensive crop fertilization and fish farming have been contributing to water quality deterioration. Climate change may be another driver of water quality decrease. Increases in precipitation and drought intensities as well as temperature increase may redefine the dynamics of planktonic communities and favour species more adapted to the new environment. Water samples were collected in two reservoirs selected based on the recurrence of positive results for saxitoxins, Acarape do Meio (AM) and Sitios Novos (SN). In general, diversity in SN (1.08) was higher than in the AM (0.60). Phytoplankton dynamics in these reservoirs differ from other reservoirs in the same region of Brazil, in the sense that filamentous cyanobacteria are dominant. Furthermore, lower diversity, concentration and richness of chlorophyceae and bacillariophyceae were found in both reservoirs. Increase in diversity was observed during the intense rainy season of 2011, suggesting a slight improvement of water quality. A close inverse correlation between Cylindrospermopsis sp and other cyanobacteria was found in SN (R2= –0.862) and in AM (R2= –0.997) and the data collected demonstrates that a season with intensive rainfall may lead to lower cyanobacteria concentrations probably due to water dilution and higher flushing rates.
  • PAHs diagnostic ratios for the distinction of petrogenic and pirogenic sources: applicability in the Upper Iguassu Watershed - Parana, Brazil Scientific/technical Article

    Santos, Mauricius Marques dos; Brehm, Franciane de Almeida; Filippe, Tais Cristina; Reichert, Gabriela; Azevedo, Júlio César Rodrigues de

    Resumo em Português:

    RESUMO Hidrocarbonetos policíclicos aromáticos (HPAs) são poluentes orgânicos considerados persistentes e que podem causar sérios danos em alguns organismos, incluindo propriedades mutagênicas e carcinogênicas. O objetivo desse estudo foi avaliar as concentrações de HPAs em uma bacia urbanizada e utilizar relações diagnósticas para tentar distinguir fontes de contaminação. A análise de água superficial mostrou um predomínio de compostos de 3 a 4 anéis aromáticos, enquanto que para material particulado suspenso e sedimentos houve uma predominância de compostos com 4, 5 e 6 anéis aromáticos. Apesar de baixas concentrações no sedimento, avaliação de equivalentes de toxicidade mostraram valores superiores a 3 ng g-1 de sedimento para 50% das amostras, com valores de até 125.35 ng g–1. O uso de relações diagnósticas permitiu atribuir, nestes ambientes aquáticos, que os HPAs foram provenientes, principalmente, de origem pirogênicas. Mesmo assim, o uso de tais relações deve ser feito com o devido cuidado, tentando avaliar possíveis interferências de fatores de degradação.

    Resumo em Inglês:

    ABSTRACT Polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) are considered persistent organic pollutants and can cause serious damage in some organisms, including mutagenic and carcinogenic properties. The aim of this study was to evaluate the PAH concentrations in an urban basin and use diagnostic ratios to possible distinguish sources of contamination. The surface water analysis showed predominance of compounds containing 3 to 4 aromatic rings while in suspended particulate matter and sediment there was a predominance of compounds containing 4, 5 and 6 rings. Although present in low concentrations in the sediment, assessment of toxicity equivalent factor (TEF) showed values higher than 3 ng g–1 pellet to 50% of the samples with values of up to 125.35 ng g-1. The use of diagnostic ratios allowed verifying that the main source of PAHs in these aquatic environments, are pyrogenic sources. Still, the use of such relations should be done with caution, trying to assess possible interference of degradation factors
  • Reservoir yield intercomparison of large dams in Jaguaribe Basin-CE in climate change scenarios Scientific/technical Article

    Fernandes, Renato de Oliveira; Silveira, Cleiton da Silva; Studart, Ticiana Marinho de Carvalho; Souza, Francisco de Assis de

    Resumo em Português:

    RESUMO As mudanças climáticas devem causar diversos impactos nos recursos hídricos. As estratégias de adaptação às alterações previstas no clima dependem de estudos de impactos. Nesse contexto, esse trabalho tem como objetivo estimar os impactos que as alterações na precipitação, projetada pelos Modelos de Circulação Global (MCGs) do quinto relatório do Painel Intergovernamental de Mudanças Climáticas (IPCC-AR5), podem causar nas vazões regularizadas (Q90) de dois grandes reservatórios (Castanhão e Banabuiú) localizados bacia do Rio Jaguaribe, Ceará. Os dados de precipitação são provenientes de 20 MCGs em dois cenários de emissão de gases de efeito estufa (RCP4.5 e RCP8.5). As projeções de precipitação alimentaram um modelo chuva-vazão (SMAP) e posteriormente, após a geração das séries de vazões afluentes aos reservatórios, foram simuladas as vazões regularizadas pelos reservatórios no modelo AcquaNet para os períodos de 2040-2069 e 2070-2099. Os resultados foram comparados entre si e indicaram grandes divergências tanto quanto ao sinal (acréscimo ou redução) como quanto à magnitude da mudança na vazão regularizada. Entretanto, a maioria das projeções indica redução da Q90 nos reservatórios para os dois períodos, principalmente para o final do século.

    Resumo em Inglês:

    ABSTRACT Climate changes can have different impacts on water resources. Strategies to adapt to climate changes depend on impact studies. In this context, this study aimed to estimate the impact that changes in precipitation, projected by Global Circulation Models (GCMs) in the fifth report by the Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC-AR5) may cause on reservoir yield (Q90) of large reservoirs (Castanhão and Banabuiú), located in the Jaguaribe River Basin, Ceará. The rainfall data are from 20 GCMs using two greenhouse gas scenarios (RCP4.5 and RCP8.5). The precipitation projections were used as input data for the rainfall-runoff model (SMAP) and, after the reservoirs’ inflow generation, the reservoir yields were simulated in the AcquaNet model, for the time periods of 2040-2069 and 2070-2099. The results were analyzed and presented a great divergence, in sign (increase or decrease) and in the magnitude of change of Q90. However, most Q90 projections indicated reduction in both reservoirs, for the two periods, especially at the end of the 21th century.
  • Temperature Surface of Guaíba Lake, RS, from time series of MODIS images Scientific/technical Article

    Luz, Glenio Antonio da; Guasselli, Laurindo Antonio; Rocha, Daniela

    Resumo em Português:

    RESUMO O Lago Guaíba localiza-se em uma área de complexa variação de tempo meteorológico, e sofre influência de vários sistemas atmosféricos ocasionando choques frontais e por vezes precipitações intensas. No Estado, durante o El Niño, as temperaturas do ar são mais elevadas e o índice pluviométrico é maior, de modo contrário à La Niña. Além disso recebe águas da Região Hidrográfica do Guaíba, o que corresponde a 1/3 do Estado do Rio Grande do Sul, constituindo-se em importante corpo d'água para a região metropolitana de Porto Alegre. Métodos que buscam a compreensão do comportamento da TSL (temperatura de superfície de lago) do Guaíba podem trazer informações relevantes para identificação de períodos de maior e menor aquecimento da água, assim como as relações entre TSL e deterioração da qualidade da água e riscos a saúde humana. Esse trabalho tem como objetivo compreender o comportamento da TSL do Guaíba em períodos de anomalias climáticas (El Niño/La Niña). Para tanto foram processadas 418 imagens de TSM (temperatura de superfície de mar), sensor MODIS, a partir do Software SeaDas 7.2, obtidas as médias trimestrais de TSL, e comparadas com anomalias climatológicas no Oceano Pacífico Equatorial. O comportamento da TSL é mais complexo em períodos de El Niño/La Niña. Os resultados mostram que nos períodos de anormalidade climática, não há uma relação direta do aquecimento/resfriamento da TSL do Guaíba com o aquecimento/resfriamento da TSM do Oceano Pacífico Equatorial. Os índices de precipitações mostraram-se mais significativos em períodos de El Niño no comportamento da TSL, mas para todos os períodos, de normalidade e anormalidade climática, a temperatura do ar é o que mais influência a TSL. Essa relação ocorre com fatores climáticos de tempo de permanência da água, entrada de água e precipitação e da temperatura do ar. Há uma correspondência maior de períodos de La Niña com o resfriamento das TSL do Guaíba, apenas para alguns anos. Quanto ao El Niño, não há uma correspondência deste fenômeno com o aquecimento da TSL do Guaíba, o que se observa são oscilações de temperaturas superficiais de forma mais intensa, do que em períodos normais e La Niña, mas com tendência a um aquecimento das TSL.

    Resumo em Inglês:

    ABSTRACT The Guaíba lake is located in an area of complex weather variation and is influenced by many atmospheric circulation systems, bringing about violent occluded fronts, and, sometimes, intense precipitation. In Rio Grande do Sul, during El Niño, air temperatures and the precipitation index are higher, contrary to La Niña. Moreover, the Guaíba Lake receives water from the Guaíba's Hydrographical Region, which corresponds to 1/3 of Rio Grande do Sul State, and is thus an important water body to the metropolitan region of Porto Alegre. Methods that seek to understand the behavior of Guaíba lake surface water temperature (LSWT) may lead to relevant information to identify periods of more or less water warming, as well as the relations between LSWT, water quality deterioration and risks to human health. This paper aims to comprehend the behavior of Guaíba LSWT during periods of climatic anomalies (El Niño/La Niña). Therefore, 418 sea surface temperature (SST) images from the MODIS sensor were processed with SeaDas 7.2 software. The quarterly averages of LSWT were obtained and compared to the climatological anomalies in Equatorial Pacific Ocean. LSWT behavior is more complex in El Niño/La Niña periods. The results show that during climatic abnormality periods there are no direct relationship between the warming/cooling of Guaíba LSWT and the warming/cooling of Equatorial Pacific Ocean’s SST. The precipitation indices were more significant to the behavior of LSWT during El Niño periods, but for all periods (of climatic normality and abnormality), air temperature is what most influences LSWT. This relation occurs with climatic factors of water retention time, water entry and precipitation, and air temperature. There is a major correspondence during La Niña periods with the cooling of Guaíba LSWT only for some years. On the other hand, during El Niño periods there are no correspondences of this phenomenon with the warming of Guaíba LSWT. There are only more intense oscillations in surface temperatures than during regular and La Niña periods, but with a tendency to LSWT warming.
  • Development of management Tool for Water Risk Assessment (FARH): application in the mineral metalurgical segment in Brazil Scientific/technical Article

    Bissacot, Thaiza Clemente Couto; Oliveira, Sílvia Maria Alves Corrêa

    Resumo em Português:

    RESUMO Embora a governança da água no setor industrial tenha evoluído nos últimos anos, a gestão dos riscos hídricos ainda é considerada um desafio no país. Desta forma, o presente artigo teve como objetivo o desenvolvimento de uma Ferramenta de Gestão para Avaliação de Risco Hídrico (FARH) no segmento minero-metalúrgico. A formatação estrutural da FARH foi realizada com base em blocos de entradas, processamento e saída de dados com vistas à elaboração de uma matriz de risco (dashboard) balizado pela caracterização da situação da bacia hidrográfica em relação ao grau de estresse hídrico (Eixo Y), caracterização do status de gestão hídrica do empreendimento (Eixo X) e pela definição do nível de dependência em relação ao recurso hídrico. A ferramenta foi aplicada em escala piloto em 09 (nove) empreendimentos do segmento mínero-metalúrgico localizados nos estados de Minas Gerais, Goiás e São Paulo (Zn, Ni, Al). Com a validação dos critérios da FARH, as plataformas de dados foram inseridas em “macro excel” para informatização da sua aplicação. A matriz de risco permitiu a visualização consolidada dos dados e forneceu base técnica para a priorização de ações, alocação de recursos dentro de uma organização e elaboração de um guia para o desenvolvimento do plano de gestão hídrica destes empreendimentos.

    Resumo em Inglês:

    ABSTRACT Although water governance in the industrial sector has evolved in recent years, water risk management is still considered a challenge in the country. In this way, the present article had the objective of developing a Management Tool for Water Risk Assessment (FARH) in the mining-metallurgical segment. The structural format of the FARH was based on input blocks, processing and data output with the purpose of elaborating a risk matrix (dashboard). The dashboard based on the characterization of the situation of the river basin in relation to the degree of water stress (Y axis), characterization of the water management status of the enterprise (X axis) and the definition of the level of dependence in relation to the water resource. The tool was applied on a pilot scale in 09 (nine) mining-metallurgical enterprises located in the States of Minas Gerais, Goiás and São Paulo (Zn, Ni, Al). With the validation of the FARH criteria, the data platforms were inserted in “macro excel” to computerize their application. The risk matrix allowed the consolidated visualization of the data and provided a technical basis for the prioritization of actions, allocation of resources within an organization and preparation of a guide for the development of the water management plan of these enterprises.
  • Coupling the atmospheric model RAMS 6.0 /ECHAM 4.1 to hydrologic model SMA/HMS for operating a reservoir in Brazil’s semiarid Scientific/technical Article

    Cabral, Samuellson Lopes; Campos, José Nilson Bezerra; Silveira, Cleiton da Silva

    Resumo em Português:

    RESUMO O planejamento e a eficiência dos recursos hídricos estão sujeitos às incertezas decorrentes dos dados de entrada de modelos climáticos e hidrológicos. Previsão de vazões afluentes a reservatórios que auxiliariam as tomadas de decisões para os diversos usos da agua, contem incertezas fundamentalmente das condições iniciais assumidas nos processos modelados. Nesse contexto o artigo avalia a eficiência do acoplamento do modelo atmosférico ao modelo hidrológico, com vistas a utilizar a previsão climática na operação sazonal do reservatório Orós, no estado do Ceará. O modelo atmosférico regional RAMS 6.0 foi forçado pelo modelo atmosférico global ECHAM 4.5, na bacia hidrográfica do Alto Jaguaribe para obtenção dos dados de precipitação. Para retirar vieses nas precipitações, foi aplicada a correção função densidade de probabilidade (PDF) nos dados simulados. Em seguida, os dados de precipitações foram inseridos no modelo hidrológico Soil Moisture Account (SMA) do Hydrologic Modeling System (HEC-HMS). Para a calibração do SMA, foi usada a função objetivo Nash-Sutcliffe. Por fim, foram avaliadas as decisões de liberação do Orós, utilizando o Heidke Skill Score (HSS). O SMA apresentou acurácia, com valores de Nash-Sutcliffe de 0,92 na fase de calibração, e 0,87 na fase de validação, mostrando ser uma alternativa de modelo precipitação deflúvio. Para as decisões na liberação de águas do reservatório, utilizando-se as previsões climáticas, obteve-se HSS =0,43. Os resultados mostram que as previsões de precipitação acopladas a um modelo hidrológico se constituem em promissora ferramenta para a operação hidrológica de reservatórios do Semiárido brasileiro.

    Resumo em Inglês:

    ABSTRACT The planning and the efficiency of water resources are subject to the uncertainties of the input data of climate and hydrological models. Prediction of water inflow to reservoirs that would help decision making for the various water uses, contain uncertainties fundamentally the initial conditions assumed in the modeled processes. This paper evaluates the coupling of a regional atmospheric model with a hydrological model to make streamflow forecast for seasonal operation of Orós reservoir, Ceará State, Brazil. RAMS model, version 6.0, was forced by the ECHAM 4.5 atmospheric general circulation model over Alto Jaguaribe basin to obtain the rainfall data. To remove biases in the simulated precipitation fields was applied the probability density function (PDF) correction on them. Then the corrected precipitation data were inserted in the hydrologic Soil Moisture Account (SMA) model from the Hydrologic Modeling System (HEC-HMS). For SMA calibration, it was used the Nash-Sutcliffe objective function. Finally, decisions to water release from the Orós were evaluated using the Heidke Skill Score (HSS). The SMA model showed a satisfactory performance with Nash-Sutcliffe values of 0.92 (0.87) in the calibration (validation) phase, indicating that it is a rainfall runoff model alternative. For decisions in releasing water from the Orós reservoir, using climate predictions, obtained HSS = 0.43. The results show that the simulated rainfall coupled with a hydrological model is able to represent the hydrological operation of Brazilian semiarid reservoir.
  • Simulation of land use scenarios in the Camboriú River Basin using the SWAT model Scientific/technical Article

    Blainski, Éverton; Porras, Eileen Andrea Acosta; Garbossa, Luis Hamilton Pospissil; Pinheiro, Adilson

    Resumo em Português:

    RESUMO As mudanças de paisagem têm sido foco de pesquisas na área ambiental. Nesse contexto, os modelos hidrológicos se destacam como ferramentas para diferentes análises. Nesse trabalho, o objetivo foi utilizar o modelo hidrológico SWAT para simular os impactos das alterações no uso e ocupação das terras da bacia hidrográfica do Rio Camboriú (BHRC) entre os anos de 1957, 1978 e 2012. Os resultados indicaram que SWAT foi eficiente para simulação da vazão e da perda de solo possibilitando a quantificação dos impactos a partir da simulação de cenários. As mudanças na cobertura do solo acarretaram alterações significativas no regime hidrossedimentológico. Para a vazão, os impactos foram maiores nos extremos da curva de permanência. O cenário 2012 se destacou negativamente por apresentar as maiores vazões de pico e as menores vazões em período de estiagem. Para a perda de solo, os maiores valores foram identificados nas sub-bacias com uso predominante para rizicultura e pastagens, o que foi atribuído, fundamentalmente, a alterações da taxa de escoamento superficial e aos fatores relacionados ao uso, manejo do solo e práticas conservacionistas. De maneira geral, a BHRC não apresentou problemas severos de perda de solo, entretanto, as mudanças na paisagem associadas as características edafoclimáticas podem favorecer a degradação do solo, principalmente em anos com elevados volumes de precipitação.

    Resumo em Inglês:

    ABSTRACT Changes in the Earth’s landscape have been the focus of much environmental research. In this context, hydrological models stand out as tools for several assessments. This study aimed to use the Soil and Water Assessment Tool (SWAT) hydrological model to simulate the impact of changes in land use in the Camboriú River Watershed in the years 1957, 1978, and 2012. The results indicated that the SWAT model was efficient in simulating water flow and sediment transport processes. Thus, it was possible to evaluate the impact of different land use scenarios on water and sediment yield in the catchment. The changes in land use caused significant changes in the hydro-sedimentological dynamic. Regarding flow, the effects of land use changes were more pronounced at both ends of the curve representing duration of flow. The worst scenario was identified for the year 2012, which saw the highest peak discharges during flood events and lowest flows during the dry season. Concerning soil erosion, the highest values were identified for sub-basins that were predominantly covered by rice paddies and pastures; this was attributed mainly to surface runoff and changes in land use (represented by C-USLE). Overall, the Camboriú River Basin did not experience severe soil erosion issues; however, it was found that changes in land use related to soil and climate characteristics may increase soil degradation, especially in years with high precipitation levels.
  • Cost-benefit analysis of reservoir operation scenarios considering environmental flows for the lower stretch of the São Francisco River (Brazil) Scientific/technical Article

    Brambilla, Micol; Fontes, Andrea Sousa; Medeiros, Yvonilde Dantas Pinto

    Resumo em Português:

    RESUMO A alocação ambiental da água consiste em considerar o meio ambiente como lícito usuário da água. A importância em determinar as necessidades hídricas da água para proteção do ecossistema, é reconhecida mundialmente, entretanto as implementações práticas de vazões ambientais são restritas, necessitando da avaliação dos impactos dessa implementação nos demais usuários da água. Nesse contexto, o artigo objetiva avaliar o impacto econômico no setor elétrico considerando as vazões ambientais como restrição de escoamento a jusante dos reservatórios. O estudo de caso é o baixo curso do rio São Francisco, uma região que presenta uma degradação social e ambiental acentuada com extrema relevância para o sistema energético do Brasil. A metodologia adotada compreendeu a construção de cenários de operação de reservatórios, modelagem matemática do sistema hídrico e análise custo-benefício para o setor energético. A simulação aponta a possíveis conflitos entre os usos não consuntivos. Avaliando a análise custo-benefício para períodos normais e secos, os primeiros resultam em perdas financeiras totais para o setor elétrico, enquanto os segundos em ganhos totais, permitindo acordos entre a geração de energia e a implementação de vazões ambientais no baixo curso do rio São Francisco.

    Resumo em Inglês:

    ABSTRACT Environmental water allocation consists in considering the environment as a licit user of water. The importance of meeting the environment’s hydric necessities to assure ecosystem protection is recognized worldwide, however their practical implementation is restricted, requiring impact assessment of the implementation towards the other water users. In this context, this article aims to evaluate the financial impacts on the hydroelectric sector considering environmental flows as reservoir release restrictions. The case study is the lower course of the São Francisco River, a region that presents a strong social and environmental degradation of great importance for Brazilian energy system. The method used to achieve this goal contemplates the construction of reservoir operation scenarios, the mathematical modeling of the water system and the cost-benefit analysis for the energy sector. The simulation points out potential conflicts between the non-consumptive uses. Assessing the cost-benefit analyses for normal and dry periods, it turns out that the first leads to total financial losses for the energy sector, while the second to payoffs, enabling agreements between Brazil’s energy generation and the implementation of environmental flows in the lower stretch of the São Francisco River.
  • Multi-variable SWAT model calibration with remotely sensed evapotranspiration and observed flow Scientific/technical Article

    Franco, Ana Clara Lazzari; Bonumá, Nadia Bernardi

    Resumo em Português:

    RESUMO Apesar de intrínseca, a incerteza das estimativas de modelos hidrológicos nem sempre é apresentada nos estudos relacionados. O presente trabalho procura avaliar o uso de evapotranspiração proveniente de sensoriamento remoto na calibração do modelo SWAT, em relação às incertezas e desempenho da simulação de vazão. O modelo SWAT foi calibrado em escala mensal e validado em escala mensal (vazão e evapotranspiração) e diária (somente vazão). O período de calibração e validação compreende os anos entre 2006 e 2009 e a área de estudo é a bacia hidrográfica do alto rio Negro, localizada nos estados de Santa Catarina e Paraná. As calibrações e validações foram realizadas no SWAT-CUP, pelo SUFI-2, utilizando como função objetivo o índice KGE (Kling-Gupta Efficiency). Diferentes estratégias de calibração foram avaliadas, considerando o uso individual e simultâneo (multi-variável) da vazão e evapotranspiração. Comparada com a calibração convencional (somente com dados de vazão), a calibração multi-variável (evapotranspiração + vazão) apresentou melhor desempenho da simulação de vazão, especialmente para baixas vazões e para validação em escala diária. Entretanto, a calibração multi-variável não foi capaz de evidenciar diminuição nas incertezas envolvidas nas estimativas de vazão. A calibração do modelo SWAT utilizando somente dados de evapotranspiração ainda depende da realização de mais estudos.

    Resumo em Inglês:

    ABSTRACT Although intrinsic, uncertainty for hydrological model estimation is not always reported. The aim of this study is to evaluate the use of satellite-based evapotranspiration on SWAT model calibration, regarding uncertainty and model performance in streamflow simulation. The SWAT model was calibrated in a monthly step and validated in monthly (streamflow and evapotranspiration) and daily steps (streamflow only). The validation and calibration period covers the years from 2006 to 2009 and the study area is the upper Negro river basin, situated in Santa Catarina and Paraná. SWAT-CUP was used to calibrate and validate the model, using SUFI-2 with KGE (Kling-Gupta Efficiency) as objective function. Different calibration strategies were evaluated, considering single-variable and multi-variable calibration, using streamflow and evapotranspiration. Compared to conventional single-variable calibration (streamflow only), multi-variable calibration (streamflow and evapotranspiration, simultaneously) produce better streamflow performance, especially for low flow periods and daily step validation. Despite that, no evidence of reduction of streamflow prediction uncertainty was observed. SWAT model calibration using solely evapotranspiration still requires further studies.
  • Impact of soil moisture over Palmer Drought Severity Index and its future projections in Brazil Scientific/technical Article

    Rossato, Luciana; Marengo, José Antônio; Angelis, Carlos Frederico de; Pires, Luciana Bassi Marinho; Mendiondo, Eduardo Mario

    Resumo em Português:

    RESUMO A umidade do solo constitui-se num dos fatores principais para o estudo da seca, do clima e da vegetação. No caso da seca, esta é um fenômeno regional e afeta a segurança alimentar mais do que qualquer outro desastre natural. Atualmente, o monitoramento dos diversos tipos de seca é feito com base em índices que os padronizam em escala temporal e regional permitindo, com isso, a comparação das condições hídricas de diferentes áreas. Assim sendo, a fim de avaliar o impacto da umidade do solo durante os períodos de seca, o Índice de Severidade de Seca de Palmer foi estimado para toda a região do território brasileiro durante o período de 2000 a 2015, os quais incluem períodos com ocorrência de seca. Para isto foram utilizadas informações meteorológicas e pedológicas extraídas do modelo de balanço hídrico. A fim de avaliar as projeções de secas futuras, considerando o conjunto de dados de precipitação e de umidade do solo do Coupled Model Intercomparison Project Phase 5 (CMIP5) para o período de 2071-2100. Os resultados mostraram que o Índice de Seca de Palmer está diretamente associado aos padrões climatológicos de precipitação e de umidade do solo, em qualquer escala espacial e temporal (incluindo as projeções futuras). Assim sendo, conclui-se que este índice constitui de uma ferramenta importante para avaliar a umidade do solo em diferentes condições hídricas, bem como para a associação com informações econômicas e sociais para gerar mapas de riscos para subsídios aos tomadores de decisão.

    Resumo em Inglês:

    ABSTRACT Soil moisture is a main factor for the study of drought impacts on vegetation. Drought is a regional phenomenon and affects the food security more than any other natural disaster. Currently, the monitoring of different types of drought is based on indexes that standardize in temporal and regional level allowing, thus, comparison of water conditions in different areas. Therefore, in order to assess the impact of soil moisture during periods of drought, drought Palmer Severity Index was estimated for the entire region of the territory. For this were used meteorological data (rainfall and evapotranspiration) and soil (field capacity, permanent wilting point and water storage in the soil). The data field capacity and wilting point were obtained from the physical properties of soil; while the water storage in soil was calculated considering the water balance model. The results of the PSDI were evaluated during the years 2000 to 2015, which correspond to periods with and without occurrence of drought. In order to assess the future drought projections, considering the set of the Coupled Model Intercomparison rainfall data Project Phase 5 (CMIP5). Climate projections precipitation in CMIP5 for the period 2071-2100 was extracted generating entitled forcing scenarios Representative Concentration Pathways - RCPs, and referred to as RCOP 8.5, corresponding to an approximate radiative forcing the end the twenty-first century of 8.5 Wm-2. The results showed that the PDSI is directly associated with climatological patterns of precipitation and soil moisture in any spatial and temporal scale (including future projections). Therefore, it is concluded that the PDSI is an important index to assess soil moisture different water conditions, as well as the association with economic and social information to create risk maps for subsidies to decision makers.
  • Monthly streamflow forecast for National Interconnected System (NIS) using Periodic Auto-regressive Endogenous Models (PAR) and Exogenous (PARX) with climate information Scientific/technical Article

    Silveira, Cleiton da Silva; Alexandre, Alan Michell Barros; Souza, Francisco de Assis de; Vasconcelos, Francisco das Chagas; Cabral, Samuellson Lopes

    Resumo em Português:

    RESUMO Este estudo propõe um modelo de previsão simultânea de vazões sazonais para todos os locais SIN através de modelos periódicos autorregressivos simples (PAR) e com variáveis exógenas (PARX) utilizando índices climáticos. Os modelos propostos de previsão de afluência utilizam os dados de vazões naturais gerados pelo Operador Nacional do Sistema (ONS) e técnicas estatísticas como as de regressão linear múltipla e o método stepwise para escolha de variáveis explanatórias. São utilizados 27 índices climáticos, dos quais 4 foram sugeridos neste trabalho. A análise de desempenho das metodologias é baseada no método ELECTRE com o uso do coeficiente de NASH, do erro médio percentual absoluto, da distância multicritério e da correlação. Para previsões com um mês de antecedência, os modelos do tipo PAR apresentam melhores desempenhos na maioria dos postos do SIN nos trimestres DJF, MAM e JJA, enquanto para o período SON a uma maior eficiência do modelo PARX. O PARX apresenta melhor desempenho no período seco das bacias do norte do Brasil - Amazonas e Araguaia-Tocantins; centro-leste brasileiro - Atlântico Leste e na maioria dos rios que formam a Bacia do Paraná.

    Resumo em Inglês:

    ABSTRACT This study aims to find a seasonal streamflow forecast model simultaneous to all stations of SIN using periodic autoregressive models with exogenous variables (PARX) using climate indexes. Comparing the results from PAR and PARX Models, this research analyzes the impact on forecasts by using climate information. The proposed models for streamflow forecast has been carried out using natural streamflow data from Operador Nacional do Sistema (ONS) and statistical techniques (such as multiple linear regression and stepwise method to choose explanatory variables). On 27 climate indexes utilized, 4 of them are suggested in this work. The performance analysis methodology is based on the ELECTRE method further the NASH coefficient, the mean absolute percentage error, the multi-criteria distance and correlation. Forecasts with one month lead, the PAR models present better results for most stations of SIN within seasons DJF, MAM, and JJA, while for SON season there is greater efficiency from PARX model. This kind of model shows better performance during dry season in the basins at Northern Brazil – Amazonas and Araguaia-Tocantins; Central-Eastern Brazil – Eastern Atlantic and the most rivers located in the Paraná basin.
  • Water permit integration in the Paraguaçu River Watershed (Bahia) Scientific/technical Article

    Silva, Gisele Oliveira Mota da; Medeiros, Yvonilde Dantas Pinto; Fontes, Andrea Sousa; Montenegro, Suzana Maria Gico Lima

    Resumo em Português:

    RESUMO No Brasil, os órgãos gestores de recursos hídricos adotam duas diferentes metodologias de equacionamento de balanço hídrico para fins de outorga de uso de recursos hídricos: a que considera os usos para captações superficiais e lançamento de efluentes de forma integrada e a que analisa estes dois usos como demandas que não se relacionam. No estado da Bahia, esta análise desconsidera a integração entre usos quantitativos e qualitativos. Além disso, no momento, não existem procedimentos internos que possibilitem a integração entre a outorga e os demais instrumentos de gestão de recursos hídricos. Nesse contexto, o objetivo do presente trabalho consiste em analisar as vantagens e limitações da implementação da metodologia de equacionamento que integra a análise quali-quantitativa do balanço hídrico para fins de outorga, comparada com os procedimentos vigentes no estado da Bahia. Para essa análise, foi realizado o diagnóstico de uso da bacia hidrográfica do rio Paraguaçu - BHRP obtido com o Sistema de Controle de Balanço Hídrico – SCBH simulando as duas metodologias e comparando indicadores de comprometimento hídrico. Os resultados reforçam que a metodologia de equacionamento de balanço hídrico quali-quantitativo não representa avanço na gestão de recursos hídricos quando os demais instrumentos da Política Estadual de Recursos Hídricos não funcionam de forma integrada com a outorga.

    Resumo em Inglês:

    ABSTRACT In Brazil, water regulatory agencies adopt two different methodologies of equating water balance for the purposes of water permits: one that considers the uses for surface water withdrawal and waste water discharge in an integrated way, and one that analyses these two uses as demands that do not relate with each other. In the state of Bahia, this analysis disregards the integration of quantitative and qualitative uses. Furthermore, at the moment, there are not internal procedures that enable the integration of the water permit with other water resources management instruments. In this context, the aim of this work consists of analysing the advantages and limitations of the implementation of the equating methodology that integrates the quali-quantitative analysis of the water balance for purposes of water permit, compared with current procedures in the state of Bahia. For this analysis, a diagnosis of use of the Paraguaçu River Watershed (BHRP) was developed through the Water Balance Control System (SCBH), simulating the two methodologies and comparing potential water use index. The results reinforce that the methodology of equating the quali-quantitative water balance does not represent an advance for water resources management when the other instruments, present in the State Water Resources Policy, are not integrated with the water permit.
  • Longitudinal distribution of extreme pressures in a hydraulic jump downstream of a stepped spillway Scientific/technical Article

    Novakoski, Carolina Kuhn; Hampe, Roberta Ferrão; Conterato, Eliane; Marques, Marcelo Giulian; Teixeira, Eder Daniel

    Resumo em Português:

    RESUMO O sistema extravasor de uma barragem controla o nível d’água do reservatório com segurança. O projeto dessas estruturas deve prever os danos causados pela ação do escoamento turbulento a que está sujeito. A composição formada por vertedouro em degraus seguido por bacia de dissipação promove uma parte considerável da dissipação de energia na própria calha do vertedouro em degraus, mas não evita completamente o risco de danos na bacia. Neste trabalho, analisa-se a distribuição longitudinal das pressões extremas em uma bacia de dissipação a jusante de um vertedouro em degraus. O estudo foi realizado com base nos dados de pressões instantâneas obtidos em um modelo físico no Laboratório de Obras Hidráulicas do IPH/UFRGS. Assim, verificou-se um comportamento semelhante das pressões ao observado em estudos com vertedouros de calha lisa, exceto pela região junto ao pé do vertedouro em degraus, onde podem ocorrer grandes flutuações de pressões. O fato decorre do impacto do escoamento na estrutura de dissipação que não é observado a jusante de vertedouros de calha lisa devido à presença de uma curva de concordância vertical entre o vertedouro e a bacia de dissipação.

    Resumo em Inglês:

    ABSTRACT The overflow system of a dam safely controls the water level of a reservoir. The design of these structures should predict the damage caused by the action of the turbulent flow to which they are subject to. The combination formed by a stepped spillway followed by a stilling basin promotes a considerable portion of the energy dissipation in the actual chute of the stepped spillway but it is not sufficient to completely avoid the risk of damaging the basin. In this paper, we analyze the longitudinal distribution of extreme pressures in a stilling basin downstream of a stepped spillway. The study was based on the instant pressure data from the tests carried out in a physical model in the Laboratório de Obras Hidráulicas in IPH/UFRGS. Thus, it was found that the pressure behavior is similar to that observed in studies involving smooth chute spillways, except in the area surrounding the base of the stepped spillway, where high pressure fluctuations may occur. This happens as a result of the impact caused by the flow in the dissipation structure, which is not observed downstream of smooth chute spillways due to the existence of a vertical concordance curve between the spillway and the stilling basin.
  • Instruments of administrative concessions of water use rights in Spain Scientific/technical Article

    Magalhães, Antônio Pereira; Curiel, Pedro Brufao

    Resumo em Português:

    RESUMEN Gran parte del territorio español es marcado por características climáticas mediterráneas, en que la irregularidad pluviométrica y los estiajes se constituyen en retos continuados a los gestores de recursos hídricos. Desde el final del siglo XIX, España ha adoptado una lógica de gestión basada en la regularización de caudales a partir de la construcción de presas y de transferencias hídricas entre cuencas. Sin embargo, a partir de la Directiva Marco del Agua los países miembros de la Unión Europea han sido forzados a buscaren objetivos más ambientales, centrados en la mejora del estado ecológico de las masas de agua. En ese sentido, los instrumentos económicos tienen destaque en las estrategias nacionales de adecuación a las exigencias de la Directiva. Este artículo intenta presentar el panorama español de aplicación de la concesión de derechos de usos del agua. Hay una serie de retos y problemas confrontados por el aparato gestor español, particularmente la continuidad de la gestión privada de aguas subterráneas y el desconocimiento de gran parte de los pozos y de los volúmenes utilizados. Por este y otros motivos, el sistema de concesiones enfrenta críticas cuanto a la defensa de los intereses de sectores económicos tradicionales en el país.

    Resumo em Inglês:

    ABSTRACT Most of the Spanish territory is marked by Mediterranean climatic characteristics, in which rain irregularity and droughts present continuous challenges to water resource managers. Since the end of the 19th century, the country has adopted a management logic based on flow regularization from dam construction and basin water transfers. However, from the Water Framework Directive adopted in 2000, European Union member states are forced to undertake more environmentally oriented management processes, with a focus on improving the ecological status of water bodies. In this sense, economic management tools have been highlighted in the national strategies for compliance with the Water Framework Directive requirements. One of those instruments is the public water use rights permit. This paper aims to present the Spanish panorama of this instrument and contribute to those interested in water management. The work shows that there are several challenges and problems faced by the Spanish management apparatus, particularly regarding continuity of private management of groundwater and insufficient knowledge of numerous wells and volumes of water used. For various reasons, the concessions system faces criticism as to defending the interests of traditional economic sectors.
  • Assessment of water-saving equipment to support the urban management of water Scientific/technical Article

    Silva, Juliana Karla da; Nunes, Luiz Gustavo Costa Ferreira; Soares, Anna Elis Paz; Silva, Simone Rosa da

    Resumo em Português:

    RESUMO O presente estudo objetivou verificar os impactos ambientais e econômicos da implantação de aparelhos economizadores de água em residências do município de Caruaru-PE, como medida de conservação de água e mitigação dos efeitos da seca que vem assolando a região há cinco anos. Para tanto, foram selecionados alguns bairros e estimadas as populações dos anos de 2015 e 2035. Posteriormente, foram determinados os consumos per capita de água, os volumes médios de água consumidos com o uso de aparelhos hidrossanitários convencionais e com o uso de aparelhos economizadores, obtendo-se os volumes economizados. Foram realizadas análises financeiras, a partir da estimativa do investimento previsto, ou seja, aquisição dos equipamentos e custo dos serviços atrelados a implantação destes. Para essas estimativas de custo, tabelas de composições de preços para orçamento foram consultadas e adaptadas. Os resultados mostraram que é possível economizar até 40% da água consumida, apenas com a implantação de aparelhos economizadores, com tempo de retorno médio de seis anos e meio. Desta forma, é possível perceber que o uso dos equipamentos economizadores representa um importante instrumento de gestão hídrica.

    Resumo em Inglês:

    ABSTRACT The objective of this study was to analyze the environmental and economic impacts of the implementation of water-saving equipment in residences in the municipality of Caruaru-PE as a measure of water conservation and mitigation of the drought effects that have been devastating the region along the past five years. For this purpose, eight neighborhoods were selected and their populations were estimated along the years of 2015 and 2035. Subsequently, the water consumption per capita, water volumes consumed with the use of conventional sanitary equipment and with the use of water-saving equipment were calculated, obtaining the volume of water saved. For the estimates of cost for the services and material required for the installation of water-saving equipment, tables of price compositions for budgets were consulted and adapted. The results demonstrated that it is possible to save up to 40% of consumed water only with the implementation of water-saving equipment, with a mean return time of six and a half years. Therefore, it is possible to understand that the use of water-saving equipment represents an important instrument of water management.
  • Evaluation of upper Uruguay river basin (Brazil) operational flood forecasts Scientific/technical Article

    Fan, Fernando Mainardi; Pontes, Paulo Rógenes Monteiro; Buarque, Diogo Costa; Collischonn, Walter

    Resumo em Português:

    RESUMO Sistemas operacionais de previsão hidrológica e alerta são ferramentas úteis para a redução de impactos das inundações. Este estudo apresenta o desenvolvimento e uma avaliação dos resultados de um sistema de previsão de vazão operacional para a bacia do alto rio Uruguai, localizada no sul do Brasil. O sistema foi operado diariamente para fornecer previsões experimentais com interesse especial nas afluências dos reservatórios das usinas hidrelétricas de Barra Grande e Campos Novos, com antecedência de 10 dias. Aqui são apresentados resultados das previsões de afluências para as principais cheias ocorridas entre julho de 2013 e julho de 2016, período no qual o sistema foi operado. Os resultados das previsões por análise visuais e de métricas de desempenho mostraram um bom ajuste com observações na maioria dos casos, prevendo a possível ocorrência de inundações com 2 a 3 dias de antecedência. Na comparação entre as duas bacias notou-se que um a sub-bacia de Campos Novos, por ser mais lenta na transformação chuva-vazão, é mais fácil de ter suas vazões previstas. A diferença na previsibilidade entre as duas bacias pode ser observada pelo coeficiente de persistência, que é positivo a partir de 12h em Barra Grande e a partir de 24h para Campos Novos. Estes valores de coeficiente também mostram a importância da transformação chuva-vazão para a previsão de horizontes de mais de um dia nas bacias.

    Resumo em Inglês:

    ABSTRACT System for hydrological forecasting and alert running in an operational way are important tools for floods impacts reduction. The present study describes the development and results evaluation of an operational discharge forecasting system of the upper Uruguay River basin, sited in Southern Brazil. Developed system was operated every day to provide experimental forecasts with special interest for Barra Grande and Campos Novos hydroelectric power plants reservoirs inflow, with 10 days in advance. We present results of inflow forecasted for floods occurred between July 2013 to July 2016, the period which the system was operated. Forecasts results by visual and performance metrics analysis showed a good fit with observations in most cases, with possibility of floods occurrence being well predicted with antecedence of 2 to 3 days. Comparing the locations, it was noted that the sub-basin of Campos Novos, being slower in rainfall-runoff transformation, is easier forecasted. The difference in predictability between the two basins can be observed by the coefficient of persistence, which is positive from 12h in Barra Grande and from 24h to Campos Novos. These coefficient values also show the value of the rainfall-runoff modeling for forecast horizons of more than one day in the basins.
  • Flood damping by reservoirs: proposition of a graphical parametric method Scientific/technical Article

    Souza, Danilo Nogueira de; Studart, Ticiana Marinho de Carvalho; Lima, Iran Eduardo; Campos, José Nilson Beserra

    Resumo em Português:

    RESUMO O amortecimento de cheias é uma função importante de reservatórios fluviais. Para garantir a segurança das barragens brasileiras, foi aprovada em 2010 a Lei de Segurança de Barragens. Muitos reservatórios de múltiplos usos estão envelhecidos e, possivelmente, não atentem aos atuais padrões se segurança. No Estado do Ceará, Brasil, há muitas barragens construídas há muitas décadas, com vertedores dimensionados por fórmulas empíricas, atualmente ultrapassadas. Este artigo contribui para melhorar a compreensão dos fatores morfológicos e hidrológicos intervenientes no processo do amortecimento de cheias em reservatórios e no desenvolvimento de um método de simples aplicação que estime o amortecimento, a partir de tais fatores. Para tanto, foram realizadas simulações hidrológicas de vários cenários representativos de configurações de reservatórios e de bacias hidrográficas para analisar o impacto de cada parâmetro no amortecimento. Foi proposto um método gráfico, de fácil aplicação, no qual todos os parâmetros morfológicos da bacia e do reservatório foram agregados em um único adimensional – o Índice de Amortecimento do Reservatório (Φ). A partir de Φ, é possível estimar a capacidade de amortecimento do reservatório. Tal método pode ser utilizado para o dimensionamento de novos reservatórios ou para a verificação do vertedores de reservatórios já construídos com outras metodologias.

    Resumo em Inglês:

    ABSTRACT Flood reduction constitutes an important characteristic of surface reservoir design. Thus, to ensure that minimum safety standards are met, the Safety Dams Act was approved in 2010. Many multipurpose surface reservoirs are aging and getting out of the current technical standards. In Ceará State, Brazil, there are several dams built for many decades, with spillways sized by empirical formulae which are currently outdated. This article contributes to improve the understanding of the morphological and hydrological factors involved in the process of damping floods in reservoirs and the development of a simple application method that estimates the damping, from such factors. To do so, hydrological simulations of several scenarios representative of reservoir and hydrographic basins configurations were performed. As a result, the impact of each parameter on flood damping was determined. A graphical method was proposed in which all the morphological parameters of the basin and the reservoir were aggregated into a single dimensionless parameter - the Reservoir Damping Index (Φ). With the value of Φ calculated, it is possible to estimate the damping capacity of the reservoir. This method can be used for the design of new reservoirs or for the verification of reservoir spillways already constructed with other methodologies.
  • Dimensionless curves of centrifugal pumps for water supply systems: development and case study Scientific/technical Article

    Kuritza, Jóice Cristini; Camponogara, Giovani; Marques, Marcelo Giulian; Sanagiotto, Daniela Guzzon; Battiston, Cristiane

    Resumo em Português:

    RESUMO As bombas centrífugas são amplamente utilizadas em sistemas de abastecimento de água e o seu funcionamento é responsável por mais de 90% do consumo de energia elétrica das estações de bombeamento de água. Estudos que busquem generalizar a caracterização das curvas de desempenho de bombas centrífugas são extremamente úteis. Realizou-se um estudo sobre as características adimensionais das condições de operação de bombas centrífugas para estimativas prévias de projetos de sistemas de abastecimento de água visando à eficiência energética. O trabalho consistiu na análise de curvas de desempenho de bombas centrífugas das quais foram extraídas informações sobre o ponto de máximo rendimento (PMR). As curvas e as equações obtidas foram adimensionalizados de modo que as informações pudessem ser extrapoladas para outras situações. Foi realizado um estudo de caso no Sistema de Abastecimento de Água do Campus do Vale da Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS) para demonstrar a aplicação das equações e curvas desenvolvidas. As equações adimensionais foram úteis para determinar qual vazão nominal deveria ser adotada para que o sistema fosse mais eficiente hidroenergeticamente e, também, para determinar quanto de energia seria consumida a mais caso o ponto de funcionamento da bomba fosse alterado por válvula de estrangulamento.

    Resumo em Inglês:

    ABSTRACT Centrifugal pumps are widely used in water supply systems and account for more than 90% of the electricity consumption of water pumping stations. Studies that seek to generalize the characterization of performance curves of centrifugal pumps are extremely useful. A study was carried out on the dimensionless characteristics of the operating conditions of centrifugal pumps for preliminary design estimations of water supply systems aiming at energy efficiency. The research consisted of the analysis of performance curves of centrifugal pumps from which data was collected regarding the point of maximum yield (PMY). The curves and the equations obtained were made dimensionless so that the information could be extrapolated to other situations. A case study was conducted in the Water Supply System of Vale Campus of the Federal University of Rio Grande do Sul (UFRGS) to demonstrate the application of those equations and curves developed. The dimensionless equations were useful to determine which discharge should be adopted so that the system would be more efficient hydro and energetically and, also, to determine how much more energy would be consumed in the case of alteration of the point of operation of the pump by a throttling valve.
  • São Francisco river Integration Project, Eastern Axis: losses analysis and performance indicators Scientific/technical Article

    Farias, Emmanuel Eduardo Vitorino de; Curi, Wilson Fadlo; Diniz, Laudízio da Silva

    Resumo em Português:

    RESUMO A escassez hídrica é um problema antigo no semiárido nordestino brasileiro e limita o desenvolvimento econômico e social da região. Para mitigar impactos negativos desta situação o Ministério da Integração Nacional elaborou o Projeto de Integração do Rio São Francisco – PISF. O estado da Paraíba será beneficiado com este projeto pelos sistemas de transposição de águas do rio São Francisco através do Eixo Leste e do Eixo Oeste. A bacia hidrográfica do Rio Paraíba receberá as águas do rio São Francisco através do Eixo Leste, sendo que o projeto prevê que, a partir da cidade de Monteiro-PB, as águas serão transportadas através do leito do rio Paraíba. Esse tipo de transporte acarretará elevadas perdas hídricas. O presente trabalho analisa o desempenho de cenários de distribuição destas águas em termos de perdas hídricas, que foram simuladas com o modelo AcquaNet. O primeiro cenário a situação atual, sem a transposição das águas do PISF e os demais avaliam diferentes formas de distribuir as águas do Eixo Leste entre o leito do rio Paraíba e diferentes cenários de construção de adutoras. Os resultados demonstram que a construção de adutoras reduzirá perdas hídricas e aumentará o ganho social, através do aumento da população beneficiada.

    Resumo em Inglês:

    ABSTRACT Water scarcity is an old problem in the brazilian Northeast semiarid region and limits the economic and social development of the region. To mitigate negative impacts of this situation, the National Integration Ministry elaborated the São Francisco River Integration Project (PISF). The State of Paraíba will benefit from this project through the East Axis and West Axis water transposition systems’ from the São Francisco river. The Paraíba riverbasin will receive the waters of the São Francisco river through the Eastern Axis, since the project foresees that, from the city of Monteiro-PB, the water will be transported through the bed of the Paraíba river. This type of transport will cause high water losses. The present work analyzes water distribution scenarios in terms of water losses, which were simulated with the Acquanet model. The first scenario simulates the current situation, without water transposition of PISF, and the other ones evaluate different ways of distributing the waters of the East Axis among the Paraíba river bed and different pipelines construction scenarios. The results have shown that the construction of pipelines will reduce water losses and increase social gain, through the increase of the benefited population.
  • Nonstationarity in maximum annual daily streamflow series from Southern Brazil Scientific/technical Article

    Bartiko, Daniel; Chaffe, Pedro Luiz Borges; Bonumá, Nadia Bernardi

    Resumo em Português:

    RESUMO Estimativas de valores extremos de vazão são importantes para a avaliação de riscos de cheias e também para a concepção e operação de estruturas hidráulicas. O comportamento desta variável hidrológica está sobre efeito de mudanças no clima, no uso e cobertura do solo e também de alterações nos cursos d’água provocadas por construção e operação de grandes reservatórios. Estes fatos tornam questionável a premissa de estacionariedade comumente adotada nos estudos de análise de frequência e magnitude de cheias. Neste trabalho foram identificadas séries fluviométricas de vazões máximas anuais não estacionárias no Sul do Brasil. Para estas séries foi aplicado um modelo de análise de frequência não estacionário e os resultados comparados com os fornecidos por um modelo estacionário. Também foi avaliada a presença de mudanças abruptas nas séries históricas. Os resultados indicam que 75 de um total de 157 séries do sul do Brasil podem ser consideradas não estacionárias, sendo que a maior parte das mesmas está concentrada nas bacias dos rios Iguaçu, Paranapanema e Uruguai. Quando considerado um horizonte de planejamento de 10 anos, o tempo de retorno de uma cheia estimada como 100 anos muda para 48-75 anos considerando o modelo não-estacionário. Mudanças abruptas foram identificadas principalmente na década de 70.

    Resumo em Inglês:

    ABSTRACT Extreme streamflow values estimates are important for flood risk assessment and also for the design and operation of hydraulic structures. The behavior of this hydrological variable is under climate and land use changes effects and river’s course modifications caused by construction and operation of large reservoirs. The assumption of stationarity commonly adopted in flood frequency and magnitude analysis studies is questionable under such circumstances. In this work we identified nonstationary annual maximum streamflow series corresponding to fluviometric gauges located in Southern Brazil. A nonstationary frequency model was applied to those series and the results were compared with those of a stationary model. We also evaluated the presence of abrupt changes in the series. The results indicate that 75 of 157 series of Southern Brazil may be considered nonstationary, most of which are in the Iguazu, the Paranapanema and the Uruguay basins. For a planning horizon equal to 10 years, the return period of the present 100 years flood changes to 48-75 years when considering the nonstationary model, respectively. Abrupt changes were identified mainly as occurring in the 70’s.
  • Prediction of the bedforms generated by density currents based on fluvial phase diagrams Scientific/technical Article

    Koller, Débora Karine; Borges, Ana Luiza de Oliveira; Puhl, Eduardo; Manica, Rafael

    Resumo em Português:

    RESUMO As correntes de densidade, cujo movimento ocorre pela diferença de massa específica entre o escoamento e o fluido ambiente ao seu redor, podem interagir com o substrato gerando formas de fundo, similares às encontradas em ambientes fluviais. Entretanto não existem diagramas de previsão específicos correspondentes para esse tipo de fenômeno. Assim, este trabalho visa comparar a ocorrência das formas de fundo fluviais previstas nos diagramas de previsão com aquelas geradas por correntes de densidade salinas obtidas experimentalmente. As formas de fundo foram geradas em um canal bidimensional de declividade variável, preenchido por água, com três composições de leito móvel e diferentes valores de vazão, massa especifica e inclinação. Três formas de fundo foram identificadas (leito plano inferior, ondulações e dunas), as quais, juntamente com o cálculo de parâmetros hidrodinâmicos permitiram a utilização dos diagramas fluviais. Verificou-se que os diagramas fluviais não apresentaram boas previsões das formas de fundo geradas por correntes de densidade. A esse fato são atribuídas as diferenças hidrodinâmicas dos escoamentos (perfis de velocidade e concentração) e, também, à limitação dos parâmetros dimensionais na extrapolação dos resultados. Dessa forma, indica-se a necessidade de se elaborar um diagrama de previsão próprio adaptado a estas correntes.

    Resumo em Inglês:

    ABSTRACT Density currents, whose movement takes place by the density difference between the flow and the ambient fluid around it, can interact with the substract generating bedforms similar to the fluvial environments. However, there are no specific bedform phase diagrams capable to predict this type of phenomenon. This study aims to compare the prediction of fluvial bedforms phase diagram with those generated by experimental saline currents. Bedforms were generated in two-dimensional tilting plexiglass flume submerged in a larger tank filled with water with three different mobile beds and varied values of discharge and salt concentration. It was observed three types of bedform (lower plane bed, ripples and dunes), which, with the concomitant calculation of hydrodynamic parameters (mean velocity, energy and mobility) allowed the use of the phase diagram. It was observed that the fluvial phase diagrams did not present good predictions for bedforms generated by density currents. This fact is associated to the hydrodynamics differences (velocity and concentration profiles) and the limitation of the dimensional parameters in the extrapolation of results. Therefore, it is indicated the need to draw up a proper phase diagram to density currents.
  • Characterization of reservoirs for water supply in Northeast Brazil using high resolution remote sensing Scientific/technical Article

    Nascimento, Vladimir Fonseca; Ribeiro, Alfredo

    Resumo em Português:

    RESUMO Este artigo apresenta a aplicação de produtos adquiridos por levantamento aéreo para caracterização de reservatórios de abastecimento de água na Bacia do Rio Pajeú (Pernambuco/Brasil). O levantamento foi feito com câmeras digitais de alta resolução espacial e perfilamento de relevo a laser (tecnologia LiDAR). Foram selecionadas duas áreas para aplicação dos produtos de sensoriamento remoto. Pequenos reservatórios na Bacia do Riacho Quixaba foram identificados com base em suas características topográficas. Considerando que os pequenos reservatórios são “depressões” no terreno, eles podem ser “preenchidos” resultando em um novo MDT. A diferença entre o MDT preenchido e o MDT original torna possível a identificação dos reservatórios. O resumo dos resultados é: 61 reservatórios foram corretamente detectados; 18 reservatórios não foram detectados; 13 reservatórios foram detectados erroneamente. Em outra aplicação, foi estimada a capacidade de armazenamento dos reservatórios pertencentes aos hidrossistemas da Bacia do Rio Pajeú. O armazenamento nos reservatórios e a área superficial máxima foram estimados utilizando o MDT e ferramentas de geoprocessamento. Do total de 31 reservatórios avaliados, 8 estavam completamente vazios durante o sobrevôo. Os registros oficiais totalizam 83,83 milhões de m3 para a capacidade de armazenamento dos oito reservatórios, enquanto este trabalho estimou o valor de 70,23 milhões de m3. Essa diferença pode ser explicada pela perda de volume nos reservatórios devido ao processo de transporte de sedimento.

    Resumo em Inglês:

    ABSTRACT This paper reports the application of information acquired by aerial survey to characterize water supply reservoirs in the Pajeú River Basin (Pernambuco State/Brazil). The survey was carried out with digital cameras of high spatial resolution and laser relief profiling (LiDAR technology). Two areas were selected to apply the remote sensing products. Small reservoirs in the Quixaba Creek Basin were identified based on their topographic characteristics. Given that the small reservoirs are “depressions” in the terrain, they can be “filled”, resulting in a new Digital Terrain Model (DTM). The difference between the filled DTM and the original DTM makes it possible to identify the reservoirs. A summary of the results is: 61 reservoirs were correctly detected; 18 reservoirs were not detected; 13 reservoirs were detected erroneously. In another application, the storage capacity of the reservoirs belonging to the hydrosystems of Pajeú River Basin was estimated. The storage in these reservoirs and maximum surface area were estimated using DTM and geoprocessing tools. From the total of 31 reservoirs evaluated, eight were completely empty at the time of the LiDAR data collection. The official registers reported 83.83 million m3 for the storage capacity of these eight reservoirs, whereas our applications estimated the value at 70.23 million m3. This difference is explained by the loss of volume in the reservoirs due to the process of sediment transport.
  • Trend analysis of the load and concentration of physical, chemical and biological parameters in the Verde River Basin Scientific/technical Article

    Pinto, Carolina Cristiane; Andrade, Stella Braga; Pinto, Éber Andrade; Oliveira, Sílvia Maria Alves Corrêa

    Resumo em Português:

    RESUMO A estimativa das cargas poluentes é de interesse crucial para identificar o nível de qualidade da água, entender os processos e identificar as fontes de poluição. O objetivo deste estudo foi calcular as tendências temporais das cargas e concentrações de onze parâmetros físicos, químicos e biológicos, em nove estações de monitoramento de qualidade da água da bacia hidrográfica do rio Verde, no período de 2008 a 2014. A análise das séries temporais foi realizada a partir da verificação da autocorrelação da série temporal utilizando-se o teste de correlação de Spearman, teste de Kruskal-Wallis para verificação de diferenças significativas entre as estações do ano e os testes de Mann-Kendall e Sazonal Mann-Kendall para análises de tendência temporal. As análises indicaram diferenças entre a distribuição espacial da carga e da concentração para a maioria dos parâmetros avaliados neste estudo. Os resultados demostraram que a análise conjunta de dados de concentração e vazão é essencial para uma avaliação mais abrangente e fidedigna da qualidade da água, pois alterações no fluxo do rio ao longo do tempo podem dificultar a interpretação dos dados de concentrações. Verificou-se ainda que a análise de dados de carga dos poluentes, sem o estudo do comportamento da vazão e da concentração não fornece resultados conclusivos, visto que não permite avaliar a influência desses componentes nas alterações da carga. Assim, os resultados corroboram a necessidade do monitoramento da qualidade das águas abranger medições de vazão, o que proporcionaria avaliações mais completas e confiáveis sobre a evolução da qualidade da água.

    Resumo em Inglês:

    ABSTRACT The estimation of loads of pollutants is of crucial interest to identify the level of water quality, understand the processes and identify the sources of pollution. The aim of this study was to calculate time trends of loads and concentrations of eleven physical, chemical and biological parameters, in nine quality monitoring stations of the Verde River Basin from 2008 to 2014. The time series analysis was performed with different tests. First, with the verification of autocorrelation of the time series using the Spearman correlation test. Then, Kruskal-Wallis test was used to check significant differences between the seasons and, afterwards the Mann-Kendall or the Seasonal Mann-Kendall time trend tests were applied accordingly. The analysis results indicated differences between the spatial distribution of loads and concentrations for most of the parameters evaluated in this study. The results showed that the simultaneous analysis of concentration data and flow data is essential for a more comprehensive and reliable evaluation of water quality, since the changes in river flow over time can mislead the interpretation of the concentration data. Moreover, to analyze only the pollutant load data, without looking how the flow and concentration behaves, does not provide conclusive results, since it does not allow to evaluate whether changes in the load values were caused by alterations of the flow or concentration. Thus, the results indicate the need to monitor water quality along with flow measurement, providing more complete and reliable assessments of the evolution of water quality.
  • Hydrography and currents on the Pernambuco Continental Shelf Scientific/technical Article

    Domingues, Ernesto de Carvalho; Schettini, Carlos Augusto França; Truccolo, Eliane Cristina; Oliveira, José Cavalcante de

    Resumo em Português:

    RESUMO Este trabalho apresenta a descrição sazonal da hidrografia e hidrodinâmica de uma plataforma continental localizada na borda oeste do Atlântico tropical, a área de estudo encontra-se entre as latitudes de 7,5 e 9 °S, possui apenas 35 km de largura e 187 km de extensão, com a quebra de plataforma em 60m de profundidade. A salinidade e temperatura foram coletadas em campanhas hidrográficas mensalmente entre março de 2012 e maio 2013 por meio de transectos na região central da área de estudo. Também, duas campanhas foram realizadas, uma para caracterizar o inverno (Agosto de 2013) e outra o verão (janeiro de 2014) cobrindo toda a área de estudo (4600 km2). O nível da água e correntes também foram coletados com um Perfilado Acústico por efeito Doppler (ADCP) fundeado na região central da área de estudo. A variação sazonal de temperatura variou entre 26 °C em setembro e 29,5°C em abril, com um atraso de dois meses entre a temperatura mínima e máxima do ar atmosférico. A salinidade não apresentou variabilidade sazonal, estando entre 36,5 e 37,0 psu. A média de temperatura e salinidade das campanhas no inverno e no verão foram de 26,5 e 27,6°C e 37,1 e 36,7 psu, respectivamente. A Água tropical (AT) foi dominante, contabilizando 95% a 97%, com a presença de Águas Costeiras (AC) limitadas na região próximo da costa. A médias de velocidade de corrente na coluna d’água no inverno e no verão foi de 0,11 e 0.06m/s, refletindo o regime sazonal dos ventos. As correntes no inverno foram predominantes na direção norte, com um pequeno período de inversão para direção sul. Estes episódios ocorreram quando houve o relaxamento do vento e com a periodicidade entre 6-13 dias, retratado com a análise de ondeletas. Esta periodicidade pode estar associada com a instabilidade atmosférica em latitudes mais elevadas. As correntes no verão foram fracas, quando as marés contabilizaram 75% e 43% da variância nas correntes transversais e longitudinal respectivamente. A AT é a massa de água predominante na plataforma continental pernambucana no verão e no inverno, a intensidade das correntes no verão é fraca e sem direção definida e no inverno são mais fortes com o sentido norte.

    Resumo em Inglês:

    ABSTRACT The present study presents the seasonal hydrography and currents of the Brazilian Northeast Continental Shelf. The study area is located on the Brazilian tropical coast of the Atlantic Ocean between 7.5 and 9 °S. This continental shelf is narrow (~35 km wide) and shallow, with shelf break lying at a depth of 60 m. Salinity and temperature data were collected monthly by means of hydrographic surveys, conducted across the shelf in a single transect in the central part of the study area, between March 2012 and May 2013. Two further campaigns were also conducted to characterize the winter (August 2013) and the summer (January 2014), covering the whole study area (4,600 km2). Water level and currents were measured using an array of Acoustic Doppler Current Profilers (ADCP) moored at mid-shelf in the central area. Seasonal temperature ranged from 26 °C in September to 29.5 °C in April, with a 2-month lag between the minimum and maximum air temperatures. Salinity did not present a clear seasonal pattern, fluctuating between 36.5 and 37.0 psu throughout the year. The mean temperature and salinity values obtained in the winter and summer campaigns were 26.5 and 27.6 °C and 37.1 and 36.7 psu, respectively. Tropical Water (TW) was predominant, accounting for 95% to 97%, with presence of Coastal Water (CW) limited to the inner part of the shelf. The mean flow velocity values in the water column in winter and summer were 0.11 and 0.06 m/s, respectively, similarly to the seasonal wind regime. Northward currents were observed predominantly in winter, with a short period of inverted southward current. These episodes were related to periods of wind relaxation and presented periodicity of 6-13 days, observed through wavelet analysis. This periodicity may be associated with atmospheric instabilities at higher latitudes. Summer currents were sluggish, when the tides accounted for 75 and 43% of the variance in the cross- and along-shelf current components, respectively. TW is the main water mass in the Pernambuco Continental Shelf (PCS) in summer and winter. Current intensity is weak and without direction in summer and stronger towards the north in winter.
  • Statistical validity of water quality time series in urban watersheds Scientific/technical Article

    Coelho, Marcelo; Fernandes, Cristovão Vicente Scapulatempo; Detzel, Daniel Henrique Marco; Mannich, Michael

    Resumo em Português:

    RESUMO O monitoramento quali-quantitativo de recursos hídricos é uma atividade complexa. Sua continuidade dá origem a extensos bancos de dados contendo séries históricas de diversas variáveis e pontos, que exigem a aplicação de métodos estatísticos para extração de informações. A aplicação de métodos estatísticos para a análise de frequências de séries históricas está vinculada ao atendimento aos pressupostos básicos de aleatoriedade, homogeneidade, independência e estacionariedade. Apesar da importância destes critérios, sua verificação é incomum em literatura de qualidade de água. Neste artigo, estas hipóteses foram testadas em séries históricas da Bacia do Alto Iguaçu. Observou-se rejeição em 15%, 26%, 51% e 31% das séries testadas para aleatoriedade, homogeneidade, independência e estacionariedade, respectivamente. Os resultados evidenciaram a forte relação entre as estratégias de monitoramento, a forma de abordagem dos dados e o atendimento aos pressupostos básicos para análise de séries de qualidade da água. Apesar da existência de possibilidades para solução do problema de não atendimento, as estratégias típicas de monitoramento com frequências irregulares e pouca representatividade em relação a outros períodos, além do horário comercial, representam um obstáculo para sua implementação.

    Resumo em Inglês:

    ABSTRACT The water resources quality continuous monitoring is a complex activity. It generates extensive databases with time series of many variables and monitoring points that require the application of statistical methods for the information extraction. The application of statistical methods for frequency analysis of time series is linked to attending of the basic assumptions of randomness, homogeneity, independence, and stationarity. However, despite its importance, the verification of these assumptions in water quality literature is unusual. Therefore, the present study tests the Upper Iguaçu basin water quality time series against the mentioned hypotheses. Rejection was observed in 15%, 26%, 51% e 31% for randomness, homogeneity, independence, and stationarity, respectively. The results evidenced the strong relation between monitoring strategy, data assessment and meeting of basic statistical assumptions for the analysis of water quality time series. Even with the existence of possible solutions for addressing those issues, the standard monitoring strategies, with irregular frequencies and lack of representativeness in relation to other periods, beyond commercial, act as an obstacle to their implementation.
  • Implications of discontinuous IDF equations in generation of runoff hydrographs. Case study: IDF-Porto Alegre (8º DISME) Scientific/technical Article

    Helfer, Ana Luiza; Dornelles, Fernando; Goldenfum, Joel Avruch

    Resumo em Português:

    RESUMO As equações ou curvas intensidade, duração e frequência (IDF) estabelecem a relação entre a intensidade e a duração de uma precipitação extrema associada à sua probabilidade de ocorrência. A maioria dos ajustes destas curvas é realizado por meio de apenas uma equação; no entanto alguns autores estabelecem curvas IDF múltiplas, com duas ou mais equações distintas, válidas para determinadas faixas de duração de chuva. É o caso, por exemplo da IDF do 8º Distrito de Meteorologia de Porto Alegre, estabelecida pela CPRM no âmbito do Projeto Atlas Pluviométrico. O presente trabalho teve como objetivo avaliar a implicação da utilização desta IDF, chamada, neste trabalho, equação IDF descontínua, na geração de hidrogramas de escoamento superficial, utilizando-se como estudo de caso a IDF mencionada. A metodologia consistiu em comparar a vazão de pico e o volume dos hidrogramas de escoamento gerados a partir da IDF descontínua com hidrogramas obtidos a partir de uma IDF de equação única. Os hidrogramas foram gerados para bacias hipotéticas com áreas de 5, 20 e 80 km2, para cada qual variou-se o parâmetro CN em 70, 80 e 90 e o tempo de concentração em 20, 40, 60, 100 e 200 minutos. Considerou-se um evento de chuva de 24 horas de duração com tempos de retorno de 5, 10, 25, 50 e 100 anos. Como resultado observou-se que, as equações IDF múltiplas apresentam melhor ajuste aos dados de precipitação observados do que a equação IDF única. No entanto, a magnitude da descontinuidade no ponto de transição entre as equações pode provocar alterações nos valores de vazão de pico e volume dos hidrogramas de escoamento devido ao surgimento de picos secundários. Dessa forma, recomenda-se que, quando forem ajustadas equações IDF múltiplas, se observe um limite máximo de descontinuidade entre as equações, de forma a evitar o surgimento de picos secundários nos hidrogramas de escoamento.

    Resumo em Inglês:

    ABSTRACT The intensity-duration-frequency (IDF) equations establish the relationship between the intensity and the duration of an extreme precipitation associated to the probability of its occurrence. Some studies have fitted multiple IDF equations per rain gauge, valid for certain rain duration ranges. An example is the IDF equation for the 8th District of Meteorology of Porto Alegre rain gauge, established and published by the CPRM in the Pluviometric Atlas Project. The main objective of the present study is to evaluate the implication of using this type of IDF equation, referred to as a “discontinuous IDF equation”, in the generation of runoff hydrographs, using the mentioned IDF as case study. The methodology consisted in comparing the peak flow and the runoff volume of hydrographs generated by the discontinuous IDF equation with the hydrographs obtained by using a single IDF equation. The runoff hydrographs were generated for hypothetical basins with the following characteristics: contribution areas of 5, 20 and 80 km2; CN of 70, 80 and 90; and time of concentration of 20, 40, 60, 100 and 200 minutes. A 24-hour rainfall event was considered with return period of 5, 10, 25, 50 and 100 years. As results, it was observed that, in the case studied, the multiple IDF equation present a better fit to the observed rainfall data than the single IDF equation. However, the discontinuity at the transition point between the equations, depending on its magnitude, may present some influence on the peak flow and on the runoff volume due to occurrence of secondary peaks on the runoff hydrographs. Therefore, it is recommended that a maximum limit of discontinuity must be observed between the multiple equations in order to avoid the occurrence of secondary peaks in the runoff hydrographs.
  • Efficient number of calibrated cross sections bottom levels on a hydrodynamic model using the SCE-UA algorithm. Case study: Madeira River Scientific/technical Article

    Brêda, João Paulo Lyra Fialho; Bravo, Juan Martín; Paiva, Rodrigo Cauduro Dias de

    Resumo em Português:

    RESUMO Modelos hidrodinâmicos são ferramentas importantes para simular nível e vazão de rio. Uma fração considerável dos erros do modelo hidrodinâmico está relacionada com as incertezas dos parâmetros. Como a cota do fundo nas seções transversais afetam significativamente a simulação do nível d’água, esse parâmetro deve ser bem estimado para estudos de inundação. O desempenho da calibração automática e seu tempo de processamento dependem da dimensão do espaço de busca, que está relacionada com o número de parâmetros calibráveis. Este artigo utiliza o algoritmo de otimização Shuffled Complex Evolution (SCE-UA) para avaliar o número de cotas de fundo de rio calibráveis e o nível de exploração do algoritmo observando o tempo de processamento computacional e a precisão do método. Foram testadas calibrações de 2, 4, 7 e 10 cotas de fundo de seções transversais (configurações de calibração 2PAR, 4PAR, 7PAR e 10PAR) em um trecho de 1.100 km do Rio Madeira. 7PAR e 10PAR apresentaram melhor aptidão (menor valor de função-objetivo) em seções usadas na calibração; no entanto, o erro em diferentes seções (2 estações fluviométricas de validação) foi maior do que as configurações 2PAR e 4PAR. O pequeno número (5) de estações fluviométricas utilizadas na calibração limitou o número de parâmetros calibráveis para representar adequadamente o perfil longitudinal de nível do rio. Por fim, este trabalho contribuiu para a seleção parcimoniosa de parâmetros calibráveis observando à distribuição espacial das observações utilizadas na calibração.

    Resumo em Inglês:

    ABSTRACT Hydrodynamic models are important tools for simulating river water level and flow. A considerable fraction of the hydrodynamic model errors are related to parameters uncertainties. As cross sections bottom levels considerably affect water level simulation, this parameter has to be well estimated for flood studies. Automatic calibration performance and processing time depend on the search space dimension, which is related to the number of calibrated parameters. This paper shows the application of the Shuffled Complex Evolution (SCE-UA) optimization algorithm to assess the number of cross sections bottom levels used in calibration. Also was evaluated the extent of algorithm exploration regarding computational processing time and accuracy. It was tested the calibration of 2, 4, 7 and 10 cross sections bottom levels (2PAR, 4PAR, 7PAR and 10PAR calibration configurations) of a 1,100 km reach of the Madeira River. 7PAR and 10PAR representation had better fitness (lower objective function value) on cross sections used for calibration; however, the error on other cross sections (2 validation gauging stations) was higher than 2PAR and 4PAR calibration. The short number (5) of gauging stations used in calibration has limited the number of calibrated parameters to represent adequately the river level profile. Finally, this paper shows a contribution for the parsimonious selection of parameters regarding the spatial distribution of observation sites used in calibration.
  • Temporal dependence of potentiometric levels and groundwater salinity in alluvial aquifer upon rainfall and evapotranspiration Scientific/technical Article

    Fontes, Robertson Valério de Paiva; Montenegro, Abelardo Antônio de Assunção

    Resumo em Português:

    RESUMO A incerteza das chuvas e as elevadas taxas de evapotranspiração nas regiões semiáridas apresentam não apenas um importante impacto na escassez de água superficial, mas interferem na qualidade e quantidade das águas subterrâneas. O objetivo deste estudo foi analisar a dependência temporal dos níveis potenciométricos e a salinidade das águas subterrâneas em aquífero aluvial intensamente monitorado sobre variáveis agroclimatológicas e assim investigar possíveis correlações mensais e anuais. Foram considerados piezômetros estatisticamente estáveis para a análise temporal, representando o comportamento médio do aquífero. Verificou-se que piezômetros estáveis a níveis exibiram dependência temporal de 7 meses, semelhante à escala temporal de variação para precipitação mensal e evapotranspiração potencial, o que é consistente com o semivariograma cruzado produzido. Entretanto, os piezômetros estáveis para condutividade elétrica apresentaram alta incerteza na escala de dependência temporal, que variou de 3 a 8 meses. Assim, as precipitações e a evapotranspiração isoladamente não explicam a dinâmica temporal da salinidade das águas subterrâneas. Os mapas produzidos identificaram com sucesso o padrão temporal de variação da água subterrânea, constituindo um importante suporte para a avaliação dos recursos hídricos.

    Resumo em Inglês:

    ABSTRACT Rainfall uncertainty and high evapotranspiration rates in the semiarid regions not only play an important impact on surface water scarcity, but interfere on shallow groundwater quantity and quality. The aim of this study was to apply geostatistical methodology to analyze the time dependence of potentiometric levels and groundwater salinity in an intensively monitored alluvial aquifer upon agroclimatological variables, and thus investigate possible monthly and annual correlations. Statistically stable piezometers were considered for the temporal analysis, representing the mean behavior of the whole aquifer. It has been verified that stable piezometers for groundwater levels exhibited temporal dependence of 7 months, similar to the temporal scale of variation for monthly precipitation and potential evapotranspiration, which is consistent to the resulting crossed-semivariogram. Meanwhile, stable piezometers for electrical conductivity showed high uncertainty on temporal dependence scale, which ranged from 3 to 8 months. Thus, rainfall and evapotranspiration alone did not properly explain the temporal dynamics of groundwater salinity. The produced maps successfully identified the long term time pattern of groundwater variation, constituting an important support for water resources evaluation.
  • Quali-quantitative characterization of organic matter in urbanized drainage basins as a basis for the application of Water Resources Management Instruments Scientific/technical Article

    Leithold, Juliana; Fernandes, Cristóvão Vicente Scapulatempo; Knapik, Heloise Garcia; Azevedo, Júlio César Rodrigues de

    Resumo em Português:

    RESUMO O desafio imposto pela lei n. 9433/97 de estabelecer mecanismos de recuperação de corpos hídricos induziu a uma dinâmica de pesquisas que pudessem garantir, não só o adequado entendimento dos instrumentos de gestão, mas a fundamentação técnica necessária à sua aplicação. Nesta pesquisa, ênfase foi dada na compreensão da dinâmica da MO em bacia hidrográfica fortemente influenciada pelas atividades antrópicas, através da análise e interpretação conjunta de informações qualitativas e quantitativas. O estudo de caso abordado foi a bacia do rio Rio Iguaçu e os resultados obtidos demonstraram grande aporte de MO lábil na RMC proveniente provavelmente de efluentes domésticos, com consequente depleção do OD e degradação da qualidade das águas. No entanto, após a região mais urbanizada há redução da concentração de MO e a indicação da predominância de material pedogênico, sugerindo que além do efeito de diluição, há menor aporte de efluentes antrópicos nesta região, o que resulta numa melhoria da qualidade das águas, representada principalmente pela recuperação da concentração do OD. A utilização conjunta dos dados quantitativos e da espectroscopia de UV-visível foi fundamental para compreender a variação nas características da MO e de suas fontes ao longo do trecho estudado.

    Resumo em Inglês:

    ABSTRACT The challenge imposed by law no. 9433/97 to establish mechanisms for the recovery of bodies of water led to a dynamic of research that could guarantee not only an adequate understanding of the management instruments but also the technical basis for their application. In this research, emphasis was placed on understanding the dynamics of organic matter (OM) in a drainage basin heavily influenced by anthropogenic activities, through the analysis and interpretation of qualitative and quantitative information. The case study was the Iguaçu River basin, from its headwaters in the Metropolitan Region of Curitiba (MRC) to the municipality of União da Vitória. The results obtained showed a large deposition of labile OM in the MRC coming probably from domestic effluents, with consequent DO depletion and water quality degradation. However, after the more urbanized region, there is a reduction in the concentration of OM and the indication of the predominance of pedogenic material, suggesting that in addition to the dilution effect, there is less input of anthropogenic effluents in this region, which results in an improvement in water quality, represented mainly by the recovery of the DO concentration. The combined use of quantitative data and UV-visible spectroscopy was fundamental to comprehend the variation in the characteristics of OM and its sources along the studied section.
  • Multi-criteria potential groundwater contamination and human activities: Araras watershed, Brazil Scientific/technical Article

    Piga, Fabíola Geovanna; Tão, Nícolas Guerra Rodrigues; Ruggiero, Mayara Herrmann; Marquezola, Darlan de Souza; Boina, Welliton Leandro de Oliveira; Costa, Carlos Wilmer; Lollo, José Augusto de; Lorandi, Reinaldo; Melanda, Edson Augusto; Moschini, Luiz Eduardo

    Resumo em Português:

    RESUMO A avaliação do potencial de contaminação da água subterrânea a partir dos atributos geológicos, hidrológicos e hidrogeológicos, é reconhecida como um mecanismo eficiente de proteção e conservação dos recursos hídricos de subsuperfície. No entanto, tal método por vezes apresenta como deficiências a desconsideração das atividades humanas que são potencialmente contaminantes, seja na forma de fontes pontuais ou difusas, ou por não considerar a importância relativa dos atributos na análise. Visando contribuir para a solução dessa lacuna, o presente trabalho se valeu de análise multicritério como forma de reduzir a subjetividade dessa análise e de informações de uso e cobertura do solo e de fontes de contaminação para tratar os efeitos da ação humana no processo. O trabalho foi desenvolvido na Bacia Hidrográfica do rio das Araras (Bacia do Paraná, Brasil) a partir do tratamento dos dados de substrato rochoso, hidrografia, relevo, solos, classificação de uso e cobertura do solo usando análise multicritério e dados de fontes de contaminação. A classificação do potencial de contaminação mostrou a predominância (54% da área) de áreas classificadas como potencial muito alto e alto, especialmente em função do ambiente geológico (áreas de explotação e recarga do Aquífero Itararé, sedimentar clástico e livre). As fontes contaminantes analisadas se localizam principalmente nessas áreas com maiores potenciais de contaminação.

    Resumo em Inglês:

    ABSTRACT Assessment of groundwater contamination potential using geological, hydrological and hydrogeological attributes, is an efficient mechanism of sub-surface water resources protection and conservation. However, usually this method does not take into consideration the potentially polluting human activities, either in punctual or diffuse sources, or because the relative importance of the attributes are not considered. The paper proposes a multi-criteria approach as a way of solving this gap, reducing subjectivity and considering land use/cover due human actions influence in the process. The study was developed in Araras river watershed (Paraná Basin, Brazil) using rock, groundwater, relief, soils, and land use/land cover classification, employing multi-criteria analysis and data of contamination sources. The potential contamination classification showed the predominance (54% of the area) of very high and high potential, especially due to geological environment conditions (exploitation areas and groundwater recharge of the Itararé Aquifer - clastic sedimentary and free flow). The contaminant sources analyzed are located mainly in higher potential contamination areas.
  • Comparison of data mining models applied to a surface meteorological station Scientific/technical Article

    Charles, Anderson Cordeiro; Namen, Anderson Amendoeira; Rodrigues, Pedro Paulo Gomes Watts

    Resumo em Português:

    RESUMO Este artigo apresenta a aplicação de técnicas de mineração de dados visando à identificação de padrões, a partir da análise de variáveis meteorológicas e sua correlação com a ocorrência de precipitações intensas. Os dados observados foram coletados pela estação meteorológica de superfície do Instituto Politécnico da Universidade do Estado do Rio de Janeiro, localizada na cidade de Nova Friburgo - RJ, Brasil, entre os anos 2008 e 2012. O principal objetivo é a previsão automática, com antecedência de uma hora, relacionada a eventos extremos de precipitação no entorno do local onde se encontra instalada a estação meteorológica. Foram desenvolvidos modelos de classificação baseados em árvores de decisão e redes neurais artificiais. As etapas de análise de consistência, tratamento e conversão de dados, bem como os modelos computacionais utilizados são descritos, sendo comparadas algumas métricas relacionadas à sua eficácia. Os resultados obtidos para o modelo mais preciso apresentaram uma taxa de 82.9% de acertos relacionados à previsão, com antecedência de uma hora, de precipitações iguais ou maiores que 10 mm h-1, indicando a possibilidade de utilização desse trabalho para previsão de eventos de risco na região de estudo.

    Resumo em Inglês:

    ABSTRACT This paper presents the application of data mining techniques for pattern identification obtained from the analysis of meteorological variables and their correlation with the occurrence of intense rainfall. The used data were collected between 2008 and 2012 by the surface meteorological station of the Polytechnic Institute of Rio de Janeiro State University, located in Nova Friburgo - RJ, Brazil. The main objective is the automatic prediction related to extreme precipitation events surrounding the meteorological station location one hour prior its occurrence. Classification models were developed based on decision trees and artificial neural networks. The steps of consistency analysis, treatment and data conversion, as well as the computational models used are described, and some metrics are compared in order to identify their effectiveness. The results obtained for the most accurate model presented a rate of 82. 9% of hits related to the prediction of rainfall equal to or greater than 10 mm h-1 one hour prior its occurrence. The results indicate the possibility of using this work to predict risk events in the study region.
  • Development and calibration of a rainfall simulator for hydrological studies Scientific/technical Article

    Sousa, Silvio Fagundes de; Mendes, Thiago Augusto; Siqueira, Eduardo Queija de

    Resumo em Português:

    RESUMO Simuladores de Chuva (SC) têm sido utilizados como ferramentas em pesquisas com pavimentos permeáveis, na estimativa de escoamento e infiltração, bem como na avaliação de processos de acumulação e carreamento de poluentes em pavimentos e telhados. Os dados obtidos com o uso dos SC permitem a criação de um banco de dados com valores de parâmetros para implantação de melhores práticas de gerenciamento em recursos hídricos, considerando as condições ambientais de cada região. Sendo assim, o objetivo deste trabalho foi desenvolver e calibrar um SC prático e de baixo custo para pesquisas hidrológicas. O SC desenvolvido é capaz de simular eventos de chuva de intensidades entre 40 mm h-1 e 182 mm h-1, com gotas de diâmetro mediano (D50) de 2,12 mm e energia cinética de 22,53 J mm-1m-2, que representa 90,12% da energia cinética produzida por chuva natural. A distribuição espacial da chuva simulada, expressa pelo Coeficiente de Uniformidade de Chistiansen, foi considerada satisfatório com valores de até 87,80%. O SC desenvolvido pode ser utilizado como alternativa para a obtenção de dados hidrológicos em espaço de tempo reduzido, com condições experimentais padronizadas e sem dependência de eventos de chuvas naturais. O SC ainda é capaz de simular eventos de chuva com intensidade variável.

    Resumo em Inglês:

    ABSTRACT Rainfall Simulators (RS) have been used as tools for researches involving the estimation of runoff and infiltration on permeable pavements as well as in evaluating storm build-up and wash-off processes on pavements and roofs. Data obtained with the use of RS allows building a database with parameters which are useful in the implementation of BMPs taking local environment conditions into consideration. The purpose of this study was to develop and calibrate a handy and low-cost RS for hydrological researches. The developed RS can reproduce rainfall with intensities from 40 mm h-1 to 182 mm h-1. The RS is able to simulate rainfall events with drops of median diameter (D50) of 2.12 mm and kinetic energy of 22.53 J mm-1m-2, which represent 90.12% of the kinetic energy produced by a natural rainfall. Spatial distribution of simulated rainfall, which is expressed by the Christiansen's Uniformity Coefficient, was considered satisfactory with a value of up to 87.80%. The developed RS can be used as an alternative for the acquisition of hydrological data in a reduced period of time, under standardized experimental conditions and independently of natural rainfall events. The RS is also capable to simulate rainfall events with varying intensity.
  • A procedure to analyze the viability of rainwater harvesting systems in urban areas based on pre-defined diagrams Scientific/technical Article

    Sampaio, Felipe Eugenio de Oliveira Vaz; Alves, Conceição de Maria Albuquerque

    Resumo em Português:

    RESUMO Em situações específicas de regime de precipitação e de parâmetros técnicos de concepção, os Sistemas de Aproveitamento de Águas Pluviais (SAAP) urbanos podem representar fonte alternativa complementar à água potável fornecida pelas companhias de saneamento, além de promover sua conservação. A disseminação dessa prática pode ser favorecida pela definição de método simplificado para dimensionamento de reservatórios de acumulação de SAAP, componente mais oneroso do sistema. Diante desse cenário, o principal objetivo deste trabalho é construir uma metodologia para dimensionamento preliminar de reservatórios de acumulação de SAAP e avaliação da viabilidade econômica de implantação desses sistemas. A metodologia proposta foi inserida em um Sistema de Apoio à Decisão (SAD), denominado SARA. O método propõe ainda uma alternativa de dimensionamento de reservatórios de SAAP que não foca na máxima confiabilidade do sistema mas sim no atendimento complementar da demanda o que resulta em volumes de reservatórios menores e economicamente mais viáveis, mais adequados para centros urbanos. Para avaliar a metodologia, foram realizadas simulações, em centros urbanos selecionados e para diversos cenários de regime de precipitação e de parâmetros técnicos, com o intuito de gerar diagramas capazes de promover o pré-dimensionamento e analisar a viabilidade de SAAP de forma fácil e rápida.

    Resumo em Inglês:

    ABSTRACT Giving some specific precipitation regimes and technical design parameters, urban Rainwater Harvesting Systems (RWHS) may represent an alternative source to drinking water supply system promoting its conservation and rational use. The use of RWHS requires the definition of generic and simplified method for sizing RWHS accumulation tanks, which is has being considered the most expensive component of the system. Additionally, several methods have being used to define reservoir volumes leading to a wide variety of final reservoir volumes many of them over estimated. The main objective of this article is to present a new methodology to define RWHS reservoir volumes considering technical and economic viabilities of the systems. The proposed methodology was incorporated into a Decision Support System (DSS), named SARA. The method provides an alternative way to define smaller RWHS reservoir volumes once it accepts lower levels of reliabilities giving that the RWHS is considered a complimentary system, better suited for urban areas. RWHS design diagrams are built as a result of the methodology in an attempt to offer a tool to initial and rapid design of reservoir volumes for RWSH. The method was applied to different urban areas in Brazil.
  • A morphodynamic model for cohesive sediments transport Scientific/technical Article

    Peixoto, Rodrigo dos Santos; Rosman, Paulo Cesar Colonna; Vinzon, Susana Beatriz

    Resumo em Português:

    RESUMO A dinâmica de sedimentos coesivos em corpos d’água naturais é um tema de grande importância na prática da engenharia costeira, sendo recorrente a necessidade de serem feitos prognósticos sobre esses fenômenos. Devido ao fato da física que envolve o transporte desses sedimentos ser relativamente complexa, o desenvolvimento de estudos e avaliações em projetos de engenharia se mostram um desafio. Assim, é importante que existam ferramentas de análise capazes de descrever os processos sedimentológicos para sedimentos coesivos. Nesse sentido, este artigo apresenta o desenvolvimento de um modelo euleriano 2DH de transporte advectivo-difusivo de sedimentos coesivos em suspensão. Tal modelo está disponível no SisBaHiA®, um software computacional de modelagem, desenvolvido e mantido na COPPE/UFRJ. Após a implantação, procedeu-se a etapa de verificação dos mecanismos implementados. Os resultados do modelo foram confrontados com resultados teóricos e, para alguns testes, com os resultados das mesmas simulações feitas com o Delft3D® e o Telemac®, que são modelos similares ao desenvolvido neste trabalho. Os testes confirmaram que o modelo desenvolvido apresenta resultados consistentes para todos os mecanismos avaliados, sendo assim positivamente verificado.

    Resumo em Inglês:

    ABSTRACT The dynamics of cohesive sediments in natural water bodies is of great importance for coastal engineering. Quite often, it is necessary to assess sedimentological processes in regions where cohesive sediments are prevalent, such as in many harbors. Such assessments poses challenges, especially in quantitative evaluations, as the physics involved in the transport, sedimentation and erosion of cohesive sediments is rather complex. For that, by all means, it is important to have analysis tools capable of computing cohesive sediments dynamics. This paper presents the development of a vertically averaged eulerian transport model for suspended cohesive sediments. Such model is currently available on SisBaHiA®, which is a computational modeling system developed and maintained in COPPE/UFRJ. After describing the model implementation, we present a discussion on consistency and validation tests, for each implemented mechanism within the sedimentological process, with a focus in the erosion and sedimentation fluxes. In sequence, we compare model results with the theoretical results and, for some tests, with the results of the simulations performed with the Delft3D® and Telemac® modeling systems. These models are similar to the one presented in this paper, and are well accepted and widely used on professional projects and studies. The tests showed that the developed model results were consistent for all the evaluated mechanism, and hence it’s positively verified.
  • Verification of Saint-Venant equations solution based on the lax diffusive method for flow routing in natural channels Technical Note

    Ferreira, Danieli Mara; Fernandes, Cristovão Vicente Scapulatempo; Gomes, Julio

    Resumo em Português:

    ABSTRACT Hydrodynamic models, based on the Saint-Venant equations, represent the transient flow in water systems, and simulate flow routing over time and space. Several numerical solutions have been applied to these expressions, but often differences are found in results among distinct procedures, considering that all numerical approaches have limitations. Natural channels are characterized by a dynamic flow behavior, with multiple uses of water and changes in morphology, which occur naturally and by human influence. In this context, this study seeks to complement the understanding of different assumptions and approximations for solution of the Saint-Venant equations, verifying results of the Lax diffusive scheme and comparing with HEC-RAS model. The case study consists of a river that covers an urban area (River Iguaçu, located in Curitiba, Paraná). Comparing the observed and simulated hydrographs, it was possible to assess that how the equations are solved, which determines the type of boundary conditions to be used, that may contribute to differences in simulated flows. Additionally, the calibration strategy and the hypothesis of trapezoidal cross-sections produced positive results. The development of this research should also encourage the progress in solving the hydrodynamic model trough the Lax diffusive scheme, particularly concerning computational efficiency. Explicit schemes, although more sensitive to the time step, have the advantage of simplicity to implement, which could be beneficial in the study of complex systems such as urban rivers.

    Resumo em Inglês:

    RESUMO Modelos hidrodinâmicos, formados pelas equações de Saint-Venant, representam o escoamento transitório em sistemas hídricos, e simulam a propagação de vazões ao longo do tempo e do espaço. Diversas soluções numéricas têm sido aplicadas a essas expressões, porém frequentemente são encontradas diferenças de resultados entre procedimentos, uma vez que toda aproximação numérica possui limitações. Canais naturais são caracterizados por um comportamento dinâmico das vazões, considerando os usos múltiplos da água e as alterações de morfologia, que ocorrem naturalmente ou por influência antrópica. Nesse contexto, esse trabalho procura complementar o entendimento acerca de diferentes hipóteses e aproximações para solução das equações de Saint-Venant, verificando resultados do esquema difusivo de Lax e comparando com o software HEC-RAS. O estudo de caso consiste em um rio que drena uma área densamente povoada (rio Iguaçu, localizado em Curitiba-PR). Ao comparar os hidrogramas observados e simulados, foi possível avaliar que a forma como as equações são resolvidas, que por sua vez determina o tipo de condição de contorno a ser utilizada, pode contribuir para diferenças na vazão simulada. Adicionalmente, foi observado que a calibração alcançada é adequada, assim como a hipótese de seção transversal trapezoidal. O desenvolvimento da pesquisa deve auxiliar ainda o avanço na solução do modelo hidrodinâmico pelo esquema difusivo de Lax, principalmente no que concerne à eficiência computacional. Esquemas explícitos, apesar de serem mais sensíveis ao intervalo temporal de simulação, apresentam a vantagem de simplificação para implementação, o que pode trazer benefícios no estudo de sistemas complexos, como rios urbanos.
  • An alternative method for measuring velocities in open-channel flows: perfomance evaluation of a Pitot tube compared to an acoustic meter Technical Note

    Almeida, Arlan Scortegagna; Souza, Vladimir Caramori Borges de

    Resumo em Português:

    RESUMO Aplicações de hidrometria em canais com altas velocidades estão sujeitas às condições do fluxo, que geralmente é caracterizado por flutuações instantâneas e perturbações na superfície livre. Nesses casos, as incertezas associadas às flutuações de velocidade superam a precisão oferecida pelos instrumentos empregados nas técnicas convencionais. Uma exatidão razoável dos resultados é, portanto, suficiente para atender ao objetivo das medições. O uso de dispositivos baseados no princípio de Pitot em escoamentos rápidos pode ser uma alternativa eficaz ao uso dos medidores de velocidade convencionais. Este estudo teve por objetivo confeccionar um tubo de Pitot em sua configuração mais simples e avaliar seu desempenho em um canal experimental para velocidades variando no intervalo de 0,2 a 2,0 m/s. As incertezas nas leituras de carga estática e de carga total foram propagadas para as velocidades estimadas, mostrando que o dispositivo construído tem potencial para medições acima de 1,2 m/s, mas não é recomendado para baixas velocidades (<0,6 m/s). Os resultados foram comparados com um Velocímetro Acústico de Efeito Doppler (ADV). As leituras de velocidade instantânea indicaram incertezas de mesma magnitude em ambos os instrumentos. As diferenças entre as velocidades médias estimadas com o tubo de Pitot e com o ADV foram limitadas a uma margem de concordância de 15% que tende a ser reduzida com o aumento da velocidade local. Os resultados demonstraram um desempenho similar do tubo de Pitot frente ao medidor acústico no que se refere às velocidades mais altas. Medidores baseados no princípio de Pitot apresentam-se, portanto, como alternativa para o emprego nos escoamentos livres de alta velocidade.

    Resumo em Inglês:

    ABSTRACT Hydrometric measurements undertaken in channels with high velocities are conditioned to the particularities of the flow, which is often characterized by instantaneous fluctuations and disturbances on the free surface. In such cases, the uncertainties associated with velocity fluctuations exceed the precision offered by the instruments that are employed in conventional techniques. A reasonable accuracy of the results is therefore sufficient to accomplish the objective of the measurements. The use of devices based on Pitot’s principle in fast open-channel flows could be an effective alternative to conventional velocity meters. This study aimed to develop a Pitot tube in its simplest configuration and evaluate its performance in a laboratory channel at velocities ranging from 0.2 to 2.0 m/s. The uncertainties in the static and total head readings were propagated to the output velocities, showing that the device built has the potential for measurements over 1.2 m/s, but it is not recommended for low velocities (<0.6 m/s). The results were compared to those taken using an Acoustic Doppler Velocimeter (ADV). The instantaneous velocity readings indicated uncertainties of the same order of magnitude in both instruments. The differences between the mean velocities measured by the Pitot tube and the ADV were restricted to an agreement range of 15%, which is expected to be gradually reduced with further increase in flow velocity. The results showed the similar performances of both devices regarding the higher velocity estimates. Therefore, velocity meters should be developed to employ Pitot devices as an alternative method in high-velocity open-channel flows.
  • Regional envelope curves for the state of Ceará: a tool for verification of hydrological dam safety Technical Note

    Chaves, Lárdner Gadelha; Studart, Ticiana Marinho de Carvalho; Campos, José Nilson Bezerra; Souza, Francisco Assis de

    Resumo em Português:

    RESUMO As curvas envoltórias constituem-se em ferramentas de grande importância para o dimensionamento expedito de cheias de projetos de estruturas hidráulicas, assim como parâmetro de checagem da cheia de projeto de vertedores de barragens já construídas, para a verificação de sua segurança hidrológica. As envoltórias são curvas, associadas a uma equação matemática, que determinam a linha superior que envolve os valores máximos das cheias associados às respectivas áreas das bacias hidrográficas. As envoltórias podem ser, quanto ao espaço, de âmbito mundial ou regional; e quanto a cheias, podem ser relativas aos máximos observados ou a determinados períodos de retorno. Este artigo apresenta uma revisão de diversas envoltórias desenvolvidas no mundo e, adicionalmente, aplica-as às condições hidrológicas de bacias hidrográficas do Ceará. Foram testadas três curvas envoltórias amplamente utilizadas na literatura. A partir da estimativa de novos parâmetros regionais para o Ceará, são construídas envoltórias de cheias milenares e decamilenares para o Estado. Para a construção das envoltórias foram pesquisados 43 projetos hidrológicos de barragens dimensionadas por modernas técnicas hidrológicas, adotadas pelas instituições de recursos hídricos estaduais.

    Resumo em Inglês:

    ABSTRACT Envelope curves are important tools for preliminary evaluation of design floods, for sizing hydraulic structures and for checking the design peak discharge in old dams, to verify their hydrological safety. These curves, associated with a mathematical equation, determine the upper line that involves the maximum values of the floods associated with the respective basin areas. Envelope curves can be global or regional; maybe relative to maximum recorded floods or certain return periods. This paper presents a review of the various envelope curves developed in the world and, in addition, applies them to the hydrological conditions of the watersheds in Ceará. Three envelope curves widely used in the literature were tested. Based on the estimation of new regional parameters for Ceará, envelope curves for floods with Tr equal to 1.000 and 10.000 years were constructed for the State. For developing the envelope curves, 43 hydrological dams’ projects, designed by hydrological techniques adopted by state water resources institutions, were investigated.
  • Preliminary estimate of floods discharge in Brazil using Creager envelope curves Technical Note

    Lima, Guilherme de; Marcellini, Silvana Susko; Neill, Charles Robert; Salla, Márcio Ricardo

    Resumo em Português:

    RESUMO Os estudos hidrológicos de cheia são essenciais para o dimensionamento e segurança das obras hidráulicas. No passado uma série de fórmulas empíricas foram desenvolvidas para descrever a relação entre a área de drenagem e as vazões máximas de cheia observadas. Embora as fórmulas empíricas não sejam empregadas com grande frequência em estudos de cheias, em virtude do emprego de métodos mais sofisticadas e detalhados, elas podem ser utilizadas para determinar valores de referência, principalmente em locais com poucos dados hidrológicos. O presente artigo analisou as maiores vazões de cheia observadas em diversas regiões do Brasil, estimou as vazões decamilenares segundo o procedimento do Guia para Cálculo de Cheia de Projeto de Vertedores da Eletrobrás e comparou-as com a curva envoltória de Creager. Foram utilizadas as séries de vazões naturais reconstituídas, compreendidas entre 1931 a 2012, para 131 aproveitamentos hidrelétricos previamente selecionados nas principais bacias hidrográficas do Brasil, disponibilizadas pelo Operador Nacional do Sistema Elétrico (ONS), para o Sistema Interligado Nacional (SIN). Os resultados apresentados neste artigo mostram que é possível utilizar as curvas envoltórias de Creager como referência preliminar na estimativa de vazões de cheias para projetos. No Brasil, de maneira geral, valores do coeficiente C de Creager entre 60 e 100 são recomendados na determinação preliminar de um intervalo de vazões máximas em locais com áreas de drenagem superiores a 10.000 km2. Os resultados podem ser usados na estimativa preliminar de uma vazão máxima e da vazão decamilenar para um local sem dados, usando valores de C obtidos em um local com dados na mesma região hidrográfica com características físicas similares.

    Resumo em Inglês:

    ABSTRACT Hydrologic studies are essential for the design and safety of hydraulic structures. In the past, a number of empirical equations were developed to represent relationships between drainage areas and observed peak discharges. Although these empirical equations have not been used frequently to study peak discharges due to the use of more detailed and sophisticated analysis, they can be used to estimate reference values, especially in ungaged sites. The objective of this paper is to assess peak discharges observed in many regions in Brazil, estimate the 10,000-year discharges according the Guia para Cálculo de Cheia de Projeto de Vertedores from Eletrobrás and compare them to the Creager envelope curves. In this study we used the records of naturalized discharges for the period of 1931 to 2012, for 131 hydroelectric projects selected in the main river basins in Brazil, using the official data published by the Operador Nacional do Sistema Elétrico (ONS) for the Sistema Interligado Nacional (SIN). The results presented in this paper show that it is possible to use the Creager envelope curves as a preliminary estimate of the design floods in Brazil. Generally, values of the Greager C coefficient between 60 and 100 are recommended for a preliminary estimate of a range of maximum discharges within drainage areas bigger than 10,000 km2. The results can be used in the preliminary estimate of maximum discharges and 10,000-year discharges for sites with no data using C values obtained from areas with enough data in the same river basin and with similar physical characteristics.
  • Errata: Eficácia da arquitetura MLP em modo closed-loop para simulação de um Sistema Hidrológico Errata

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