Abstract in Portuguese:

RESUMO Muitos agentes terapêuticos humanos sintetizados industrialmente, agroquímicos e aditivos, são compostos heterocíclicos. Muitos destes contribuem para o aumento da contaminação ambiental em fontes pontuais e difusas dos corpos de água, o que reflete na qualidade do solo, das comunidades e na saúde humana. Com isso, este estudo teve objetivo de avaliar a presença de compostos orgânicos nas águas superficiais da bacia do rio Pirapó, influenciados pelas culturas de soja e milho safrinha que são cultivadas nas áreas adjacentes em torno do rio. As amostras de água foram coletadas no período de outubro de 2017 a janeiro de 2019, em três pontos de coleta. Os compostos orgânicos foram analisados por CG-EM, após a extração em fase sólida (SPE). Dois compostos orgânicos foram detectados: a azetidina e a sarcosina, que são utilizados na indústria farmacêutica. Os compostos orgânicos existentes em medicamentos e/ou contaminantes observados neste estudo revelam a importância de investigações mais aprofundadas sobre suas origens e as consequências para a saúde da biota e da população.

Abstract in English:

ABSTRACT Many industrially synthesized human - therapeutic agents, agrochemicals, and additives used by industries are heterocyclic compounds. Many of these contribute to increased environmental contamination in localized and diffuse sources of water bodies, reflecting soil quality, communities, and human health. This concern led us to develop this research to evaluate the presence of organic compounds in the surface waters of the Pirapó river basin, Paraná, Brazil, influenced by the soybean and safflower corn crops that are cultivated in adjacent areas around the river. The water samples were collected from October 2017 to January 2019, at three collection points. Organic compounds were analyzed by GC-MS, after the solid phase extraction (SPE). Two organic compounds were analyzed: azetidine and sarcosine that are used in the pharmaceutical industry. Organic compounds existing in drugs and/or contaminants that were observed in this study reveal the importance of further investigation into their origins and the consequences for the health of the biota and the population.

Abstract in Portuguese:

RESUMO A evolução da capacidade de processamento e memória dos computadores propiciou aos engenheiros e cientistas a modelagem numérica de fenômenos de natureza turbulenta complexa, tal como os ressaltos hidráulicos. Essa pesquisa avalia a capacidade de simular numericamente um ressalto hidráulico que ocorre na bacia de dissipação da UHE Porto Colômbia com uma vazão de 4,000 m3/s. Para isso, os resultados das simulações foram comparados com dados medidos três modelos físicos hidráulicos (escalas 1:32, 1:50 e 1:100) e medições em protótipo. As simulações utilizaram o solver Ansys CFX, empregando uma abordagem baseada em nas equações médias de Navier-Stokes por decomposição de Reynolds (RANS), o modelo de turbulência RNG κ-ε e o método Volume of Fluid (VOF) para interações água-ar. Diversas variáveis foram analisadas, com resultados satisfatórios para pressões médias, profundidades conjugadas, comprimento do rolo, perfil da linha d'água em áreas menos aeradas e velocidade média na seção de montante do ressalto hidráulico submerso, com erros inferiores a 10%. No entanto, a posição de início do ressalto hidráulico submerso e a representação do perfil da superfície da água na região próxima ao pé do ressalto apresentaram resultados mais discrepantes. Em conclusão, os métodos e condições aplicados nas simulações são adequados para representar variáveis menos afetadas pelo fenômeno de aeração, estabelecendo as simulações em CFD como uma ferramenta valiosa para a análise de ressaltos hidráulicos.

Abstract in English:

ABSTRACT Advancements in computational capabilities have enabled engineers and scientists to numerically model complex turbulent phenomena such as hydraulic jumps. This research assesses the capability of numerically simulating a hydraulic jump that occurs in the UHE Porto Colômbia's stilling basin at a flow rate of 4,000 m3/s. To achieve this, simulation results were compared with data from three hydraulic physical models (scales 1:32, 1:50, and 1:100) and full-scale measurements. The simulations employed the Ansys CFX solver, utilizing a Reynolds-Averaged Navier-Stokes (RANS) approach, the RNG κ-ε turbulence model, and the Volume of Fluid (VOF) method for air-water interactions. Various variables were analyzed, with satisfactory results for mean pressures, conjugated depths, roller length, water profile in less aerated areas, and mean velocity at the submerged hydraulic jump upstream section, with errors below 10%. However, the submerged hydraulic jump's start position and the representation of the water surface profile in the region near the jump toe yielded more disparate results. In conclusion, the methods and conditions applied in the simulations are apt for representing variables less impacted by aeration phenomena, establishing CFD simulations as a valuable tool for hydraulic jump analysis.

Abstract in Portuguese:

RESUMO O rio Madeira é caracterizado pela grande quantidade de material lenhoso transportado, principalmente durante as cheias, e isso acaba influenciando as condições operativas tornando-se um grande desafio para a geração de energia na UHE Jirau. São muitos troncos e as barreiras flutuantes do log boom que tem a função de retê-los, nem sempre apresentam a eficiência desejada, em especial pelas inúmeras variáveis envolvidas e o regime de vazões. Este trabalho envolve a simulação hidrodinâmica do rio Madeira e a simulação tridimensional desse material lenhoso, para analisar seu comportamento ao longo do rio e ter conhecimento da sua posição conforme o escoamento, do seu destino e da influência das barreiras de log boom na hidrodinâmica e no transporte de partículas. Os troncos foram simulados como partículas pelo módulo PART do Delft3d, através do modelo Lagrangiano. O modelo hidrodinâmico foi validado e foi possível representar as principais variações de velocidades tridimensionais e níveis d’água. A simulação de partículas foi condizente com a distribuição de vazões e assim foi possível identificar, conforme a operação da usina, os destinos mais atrativos para os troncos.

Abstract in English:

ABSTRACT The Madeira River is characterized by large amount of woody material transported, especially during floods, which interferes with the operation of the Jirau Hydroelectric Power Plant. There are many logs and the log boom structures inserted to retain them do not always present the desired efficiency. This work involves the hydrodynamic simulation of the Madeira River and the three-dimensional simulation of these woody materials to analyze their trajectories along the river and to obtain knowledge of their transport and position according to the flow, different plant operations ways and the influence of log booms. The logs are simulated as particles by the PART module of Delft3d, using the Lagrangian particle tracking model. The hydrodynamic model was validated and it was possible to represent the main variations of three-dimensional velocities and water levels. The particle tracking simulation was consistent with the flow distribution and thus it was possible to identify the most attractive destination for the logs, according to power plant operations.

Abstract in Portuguese:

RESUMO Estudos internacionais têm focado nos impactos hidrológicos em escala horária ou sub-diária que hidrelétricas podem ocasionar por operações de hydropeaking. Contudo, essa temática ainda é pouco estudada no Brasil, apesar do seu grande número de hidrelétricas. Assim, para trazer ao contexto brasileiro, o presente estudo apresenta inicialmente uma revisão da literatura para caracterizar o hydropeaking, seus impactos e medidas mitigadoras propostas, e trabalhos a respeito no Brasil. A seguir, demonstrou-se que operações de hydropeaking ocorrem em todo território nacional por hidrelétricas de diferentes tamanhos, com alterações podendo aumentar 450% a vazão de base. São também trazidos conflitos relacionados ao hydropeaking no Brasil e que, apesar de suas ocorrências e registro de limiares pontuais sua mitigação, esse não vem sendo abordado em estudos de impacto ambiental para licenciamento de PCHs. Assim, o presente estudo busca trazer à luz a importância de maiores pesquisas sobre hydropeaking no Brasil.

Abstract in English:

ABSTRACT International studies have focused on the hydrological impacts on an hourly or sub-daily scale that hydroelectric plants can cause through hydropeaking operations. However, this topic is still underexplored in Brazil, despite its large number of hydroelectric plants. Thus, to bring it to the Brazilian context, this study initially presents a literature review to characterize hydropeaking, its impacts and proposed mitigating measures, and research conducted in Brazil. Next, it was demonstrated that hydropeaking operations occur throughout the entire national territory, in hydroelectric plants of different sizes, that can cause changes increasing up to 450% of the base flow. Conflicts related to hydropeaking in Brazil are also brought up and, despite their occurrences and records of specific thresholds for their mitigation, this has not been addressed in environmental impact studies for licensing Small Hydropower Plants (SHPs) or legislation. Thus, the present study seeks to bring to light the importance of further research on hydropeaking in Brazil.

Abstract in Portuguese:

RESUMO

Abstract in English:

ABSTRACT The hydrodynamic conditions to which hydraulic structures such as spillways and stilling basins of dams are submitted under given conditions favor the occurrence of cavitation, damaging the concrete surfaces. This damage may be intensified by the cumulative effect of the successive hydrologic events that characterize the operational regime of these structures. Thus, the purpose of the present article is to identify the propensity for damage caused by cavitation by using SpillwayPro software to estimate the hydraulic parameters of flow (mean velocities and cavitation indices) based on information on smooth chute spillways at the Furnas, Luiz Carlos Barreto de Carvalho and Batalha hydroelectric power plants. The results shown were compared to the critical limits of cavitation defined in the literature on photographic records of inspections performed in the field. The highest mean velocities estimated coincided with the zones where the worst potential damage of the structures was identified. Nevertheless, most of the cavitation indices obtained did not present results similar to the limits presented by different authors, and thus do not favor the indication of cavitation risks due to this parameter in the spillways examined.

Abstract in Portuguese:

RESUMO Mapear e classificar Áreas Úmidas Costeiras é importante para a sua conservação. Este estudo teve como objetivo aplicar Análise de Imagens Baseada em Objetos (OBIA) e abordagens baseadas em pixels para responder às questões: (1) qual abordagem é mais precisa para classificar Áreas Úmidas; (2) as imagens do Sentinel 1A são melhores para classificação das Áreas Úmidas em comparação com o Sentinel 2A; (3) a classificação em estação dupla tem maior potencial para classificação de Áreas Úmidas em comparação com a classificação em estação única. Utilizamos Sentinel 1 e 2 em estações simples e duplas (inverno e verão) para classificar uma Área Úmida costeira no Rio Grande do Sul. Os resultados mostram OBIA com maior potencial, com precisão superior a 80%. O Sentinel 2 apresentou maior importância na classificação em comparação com o Sentinel 1. O OBIA de estação dupla aumentou o kappa em até 7% em comparação com a estação única. Além disso, a estação dupla baseada em pixels teve kappa menor do que a estação única do OBIA. Concluímos que o OBIA, mesmo em uma única estação, tem maior potencial para mapear Áreas Úmidas costeiras.

Abstract in English:

ABSTRACT Mapping and classifying Coastal Wetlands is important for their conservation. The study aimed to apply Object-Based Image Analysis (OBIA) and pixel-based approaches to answer the questions: (1) which approach is more accurate for classifying Wetlands; (2) Sentinel 1A images improve the classification of Wetlands compared to Sentinel 2A; (3) dual-station sorting has greater potential for sorting Wetlands compared to single-station sorting. We used Sentinel 1 and 2 in single and double seasons (winter and summer) to classify a coastal UA in Rio Grande do Sul. The results show OBIA with greater potential, with accuracy greater than 80%. Sentinel 2 shows higher ranking importance compared to Sentinel 1. Dual season OBIA increased kappa by up to 7% compared to single season. Furthermore, the pixel-based dual season had lower kappa than the OBIA single season. We conclude that OBIA, even at a single station, has greater potential to map coastal AUs.

Abstract in Portuguese:

RESUMO A erosão hídrica é uma das principais causas de degradação de solos e poluição dos recursos hídricos. Este trabalho teve como objetivo atualizar e avaliar a variação sazonal do índice de erosividade e do Índice de Fournier Modificado como ferramenta para prever a erosividade das chuvas para o estado de Rio Grande do Sul. Foram usadas as séries de dados de precipitação média mensal tendo como base as Normais Climatológicas do período de 1991 a 2020 de 112 estações pluviométricas. Com base em 16 equações de regressão formam estimados os valores dos Índices de Fournier Modificado (IFM) e do índice EI30, avaliando-se sua variação espacial e sazonal. Os resultados mostram uma forte variação sazonal, com maiores erosividades nos meses de abril, outubro e dezembro. O EI30 variou entre 3.500 a 12.500 MJ mm ha-1 h-1 ano-1. Observou-se uma marcante variação espacial, com aumento dos valores no sentido leste a oeste.

Abstract in English:

ABSTRACT Water erosion is one of the main cause of soil degradation and the pollution of water resources. The aim of the present study is to update and evaluate the seasonal variation of the erosivity index and the Modified Fournier Index as a tool to predict rain erosivity for the state of Rio Grande do Sul. A series of monthly average rainfall data was used from 112 rainfall stations based on the Climatological Norms of the period between 1991 and 2020. Based on 16 regression equations, the values of the Modified Fournier Index (MFI) and the EI30 index were estimated, assessing their spatial and seasonal variation. Results show a strong seasonal variation with greater erosivity in the months of April, October and December. The EI30 varied between 3500 and 12500 MJ, ha-1 h-1 year-1. A significant spatial variation could be observed, with an increase in values in the east-west direction.

Abstract in Portuguese:

RESUMO As previsões de afluências em horizonte sub sazonal apresenta potencial para contribuições importantes na gestão de recursos hídricos em operações de barragens hidroelétricas. Estas previsões desafiam as limitações do horizonte de médio-prazo e o estende, preenchendo uma lacuna técnico-cientifica de longa data no ramo das previsões. No Brasil, o uso de previsões hidrológicas em horizonte sub sazonal apresenta potencial para alavancar a produção hidroelétrica do Sistema Interligado Nacional (SIN), uma vez que rotineiramente são empregadas previsões de afluências em reservatórios de até 2 semanas por meio de modelo chuva-vazão. Este estudo objetivou a avaliação estatística de previsões hidrológicas de até 6 semanas utilizando um modelo hidrológico-hidrodinâmico em escala continental associados a previsão de precipitação por conjunto geradas por modelo atmosférico para produzir vazões futuras nas bacias do continente, e consequentemente para as bacias das usinas hidroelétricas do SIN. A avaliação estatística se baseou em métricas determinísticas tipicamente utilizadas pelo agente operador do SIN, e adicionalmente a habilidade das previsões baseadas em modelo atmosférico em relação a previsões baseada na climatológica das vazões observadas nas usinas. A performance das previsões varia de acordo com a estação do ano e localização geográfica, isto é, dependente de regimes hidrológicos distintos. As melhores performances foram obtidas em usinas localizadas nas regiões sudoeste e centro-oeste que possuem sazonalidade bem definida, ao passo que usinas do sul apresentaram maior sensibilidade nas métricas de acordo com a estação do ano. O estudo apresentado servem como contribuição técnico-cientifica para agentes e tomadores de decisão que buscam aprimorar a gestão do recurso hídrico incorporando as previsões estendidas na cadeia operacional.

Abstract in English:

ABSTRACT Inflow prediction on sub-seasonal timescale have the potential for important contributions to the management of water resources in hydroelectric dam operations. These forecasts challenge the limitations of the medium-term and extend it, bridging a long-standing technical-scientific gap in the forecasting field. In Brazil, the use of sub-seasonal hydrological predictions can boost the hydroelectric production of the National Interconnected System (SIN), since inflow forecast in reservoirs of up to 2 weeks are routinely used using a rain-flow model. This study aimed at the statistical evaluation of hydrological forecasts of up to 6 weeks using a hydrological-hydrodynamic model on a continental scale associated with ensemble precipitation forecasts generated by an atmospheric model, producing future streamflow in the continent basins, and consequently at the SIN’s hydroelectric dams. The statistical evaluation was based on deterministic scores typically used by the SIN operating agent, and additionally we assessed the skill of forecasts based on atmospheric models in relation to simpler forecasts based on the climatology of observed inflows. The performance of the forecasts varies according to the season and geographic location, that is, depending on different hydrological regimes. The best performances were obtained in dams located in the southwest and central-west regions, which have well-defined seasonality, while dams in the south showed greater sensitivity in metrics according to the season. The study presented serves as a technical-scientific contribution for agents and decision makers who seek to improve water resource management by incorporating extended forecasts into the operational chain.

Abstract in Portuguese:

RESUMO Este trabalho simula fisicamente o efeito de baixas e altas vazões e tempos de enchimento de reservatórios e ruptura por galgamento (devido a chuvas intensas) de barragens homogêneas de aterro de areia síltica. Os experimentos buscam verificar como essas condições impactam na formação da ruptura e da onda de ruptura. Os resultados mostram que diferentes tempos de enchimento, umidade e composição do solo e grau de compactação afetam a saturação, o tempo de falha e a formação de brechas. O resultado confirma que brechas menores com maior grau de compactação levaram a um menor pico de vazão de ruptura. O hidrograma de ruptura apresenta uma etapa de descida mais rápida que um hidrograma exponencial. Simulações e modelos baseados nesta lei podem estar minimizando o efeito da onda de rompimento de barragens, impactando também a tomada de decisões sobre recursos hídricos. Os resultados foram extrapolados satisfatoriamente para um protótipo real, fornecendo um banco de dados para este tipo de estudo.

Abstract in English:

ABSTRACT This work physically simulates the effect of low and high flow rates and filling times of reservoirs and rupture due to overtopping (caused by intense rains) of small homogeneous silty-sand earthfill dams. The experiments seek to verify how input variations impact the formation of the breach and the rupture wave. The results show that different filling times, soil moisture and composition, and degree of compaction affect landfill saturation, failure time, and breach formation. The result confirms that smaller breaches with a higher degree of compaction led to a lower peak rupture flow compared to dams with low degree of compaction. The rupture hydrograph presents a faster descent stage than an exponential hydrograph. Simulations and models based on this law may minimize the effect of the dam-break wave, also impacting water resource decision-making for damage reduction. The results were extrapolated to a real prototype, providing information and a database for the studies of overtopping dam-break waves.

Abstract in Portuguese:

RESUMO Em janeiro de 2022, o Rio Carmo (um afluente do Rio Doce) foi afetado por um evento hidrológico extremo, com um tempo de retorno de 50 anos. Esse evento foi 50% mais intenso do que o associado a uma das maiores falhas de barragem de rejeitos já registradas, que ocorreu neste mesmo rio. Isso resultou no despejo de rejeitos de mineração contaminados no Rio Doce, por meio do Rio Carmo, em uma confluência em forma de Y. Com objetivo de entender a função dos afluentes na recuperação do rio Doce, foram realizadas simulações hidrodinâmicas e de transporte de sedimentos, a partir da versão bidimensional do modelo HEC-RAS, na confluência do rio do Carmo com o rio Piranga. Nossos resultados, com base em modelagem numérica, sensoriamento remoto e medições in situ, apontaram que grandes quantidades de sedimentos foram retidas nas margens do rio e nos bancos de pedra, o que torna esta confluência um local importante para a retenção de sedimentos contaminados, com influências significativas para a qualidade de água a jusante. Sendo assim, essa confluência merece uma atenção especial da engenharia Hídrica a fim de evitar que os sedimentos retidos nesta área sejam transportados a jusante durante os eventos extremos nos próximos anos. Esses resultados podem contribuir para a tomada de decisões, para identificação de trechos com maior suscetibilidade a erosão e deposição de sedimento e para planejamento da restauração desses rios.

Abstract in English:

ABSTRACT On January 2022, the Carmo River (a tributary of the Doce River) was affected by an extreme hydrological event, with 50-yr return interval. This event was 50% higher than that associated to one of the largest tailing dam failures ever reported that took place in the Gualaxo do Norte River. This delivered to Doce River, through the Carmo River, in a Y-shaped confluence, the contaminated tailing slurry. In order to understand the role of tributaries in the recovery of the Doce River, 2D hydrodynamic and 2D sediment transport models were applied at the confluence of the Carmo River with the Piranga River. Our results, based on hydraulic modeling, remote sensing, and in-situ measurements, indicated that significant amounts of sediments were trapped on the riverbanks and stone banks, making this confluence an important site for the retention of contaminated sediments, influencing sediment budgets and downstream water quality. Therefore, this confluence deserves special attention from water engineering in order to prevent the sediments retained in this area from being transported downstream during extreme events in the coming years. These results can contribute to decision-making, to identify reaches with greater susceptibility to erosion and sediment deposition and to plan the restoration of these rivers.

Abstract in Portuguese:

RESUMO O presente estudo teve como objetivo realizar a simulação hidrológica da bacia do Rio Formoso por meio do WEAP e modelar, nas regiões de conflito pelo uso da água, cenários baseados em regras de rodízio das bombas de captação d’água. Avaliou-se durante o mês de julho de 2020 a influência de tais regras sobre a vazão remanescente nessas regiões, considerando um contexto de outorga coletiva, em que vazões ambientais mínimas, determinadas a partir da Q90 sazonal (flexível) e Q95 mensal (conservador), devem ser preservadas a jusante dos trechos críticos. Os resultados mostraram que no médio trecho do rio Formoso e na foz do rio Urubu a vazão remanescente supera o limite de vazão ambiental flexível em 61% dos dias. No baixo trecho e na foz do rio Formoso, esses valores são superiores ao limite conservador em 93% e 100% dos dias, respectivamente. Conclui-se que a aplicação das regras, associadas à outorga coletiva, podem produzir resultados satisfatórios para a disponibilidade hídrica na bacia

Abstract in English:

ABSTRACT The aim of the present study was to carry out a hydrological simulation of the Formoso River basin using WEAP and to model scenarios based on the rotating rules of the water pump in regions of conflict for the use of water. During July 2020, the influence of such rules on the remaining flow in these regions was assessed considering a collective grant context in which minimum environmental flows, determined from the seasonal Q90 (flexible) and monthly Q95 (conservative), should be preserved downstream from the critical sections. The results showed that the remaining flow exceeded the limit of the flexible environmental flow in 61% of the days in the middle stretch of the Formoso River and at the mouth of the Urubu River. In the lower section and mouth of the Formoso River, these values were above the conservative limit in 93% and 100% of the days, respectively. It was concluded that the application of the rules, coupled with the collective grant, could produce satisfactory results for water availability in the basin.

Abstract in Portuguese:

RESUMO Os modelos hidrológicos tradicionais têm sido amplamente utilizados em estudos hidrológicos, fornecendo representações credíveis da realidade. Este artigo introduz um modelo híbrido que combina o modelo hidrológico tradicional Soil Moisture Accounting Procedure (SMAP) com o algoritmo de aprendizado de máquina XGBoost. Aplicado à bacia de Sobradinho no Brasil, o modelo híbrido tem como objetivo produzir previsões de vazão mais precisas em um horizonte de três meses. Este estudo utiliza previsões de chuvas do North America Multi Model Ensemble (NMME) como entradas do SMAP para produzir previsões de vazão. O estudo avalia as previsões do NMME, corrige viés usando mapeamento de quantis e calibra o modelo SMAP para a região de estudo de 1984 a 2010 usando a Otimização por Enxame de Partículas (PSO). A avaliação do modelo abrange o período de 2011 a 2022. Um modelo XGBoost prevê os resíduos do SMAP com base nos últimos 12 meses, e o modelo híbrido combina a previsão de vazão do SMAP com os resíduos do XGBoost. Notavelmente, o modelo híbrido supera o SMAP sozinho, mostrando melhor correlação e valores do índice Nash-Sutcliffe, especialmente durante períodos de menor vazão. Esta pesquisa destaca o potencial da integração de modelos hidrológicos tradicionais com aprendizado de máquina para previsões de vazão mais precisas.

Abstract in English:

ABSTRACT Traditional hydrological models have been widely used in hydrologic studies, providing credible representations of reality. This paper introduces a hybrid model that combines the traditional hydrological model Soil Moisture Accounting Procedure (SMAP) with the machine learning algorithm XGBoost. Applied to the Sobradinho watershed in Brazil, the hybrid model aims to produce more precise streamflow forecasts within a three-month horizon. This study employs rainfall forecasts from the North America Multi Model Ensemble (NMME) as inputs of the SMAP to produce streamflow forecasts. The study evaluates NMME forecasts, corrects bias using quantile mapping, and calibrates the SMAP model for the study region from 1984 to 2010 using Particle Swarm Optimization (PSO). Model evaluation covers the period from 2011 to 2022. An XGBoost model predicts SMAP residuals based on the past 12 months, and the hybrid model combines SMAP's streamflow forecast with XGBoost residuals. Notably, the hybrid model outperforms SMAP alone, showing improved correlation and Nash-Sutcliffe index values, especially during periods of lower streamflow. This research highlights the potential of integrating traditional hydrological models with machine learning for more accurate streamflow predictions.

Abstract in Portuguese:

Resumo Pesquisas ao redor do mundo vem se concentrando em desenvolver maneiras de prever parâmetros hidráulicos em sistemas de distribuição de água. A aplicação destas previsões pode contribuir para a tomada de decisão dos gestores dos sistemas de distribuição de água, visando a garantia do atendimento da demanda, e até mesmo a redução de perdas de água. O presente trabalho buscou, dentre os modelos ARIMA e Redes Neurais Artificiais do tipo “Perceptron” de múltiplas camadas, identificar qual é capaz de realizar a melhor previsão de dados de pressão e vazão. Primeiro foram obtidos dados reais de uma rede de abastecimento de água em região de topografia irregular, que foram coletados pelo grupo de pesquisa NUMMARH - Núcleo de Modelagem e Simulação em Meio Ambiente e Recursos e Sistemas Hídricos, e fornecidos para execução deste trabalho. Os resultados mostraram que o melhor modelo de previsão para os dados em questão foi o ARIMA, apresentando erro médio percentual absoluto (MAPE) de 8,54%. Como conclusão identificou-se que os modelos ARIMA são de fácil construção e aplicação, sendo assim uma vantagem para se prever tais parâmetros hidráulicos.

Abstract in English:

Abstract Research around the world has focused on developing ways to predict hydraulic parameters in water distribution systems. The application of these forecasts can contribute to the decision-making of water distribution systems managers, aiming to ensure that the demand is met, and even to reduce water losses. The present work sought, among two data prediction models (ARIMA and Multi-Layer Perceptron Artificial Neural Networks), to assess which one can perform best predictions of pressure and discharge rate data. To reach the stipulated goal, real data were obtained from a water supply network provided by NUMMARH - Nucleus of Modeling and Simulation in Environment and Water Resources and Systems of the Federal University of Itajubá, Brazil. These data initially underwent an adjustment so that it was possible to develop a computer program. The results showed that the best prediction model for the data in question was ARIMA, presenting a mean absolute percentage error (MAPE) of 8.54%. Thus, it is concluded that ARIMA models are easy to build and apply, being an advantageous tool to predict such hydraulic parameters.

Abstract in Portuguese:

RESUMO Na abordagem Bayesiana mais comum para estimativa de parâmetros de um modelo hidrológico (no domínio do tempo), a especificação da função de verossimilhança pode ser um desafio. Além disso, regiões com monitoramento escasso podem ser de difícil modelagem, dada a ausência de séries temporais suficientes para calibração do modelo. A fim de contornar esses problemas, este estudo busca avaliar a aplicabilidade de assinaturas hidrológicas e métodos de aproximação computacional Bayesiana para fins de estimativa de parâmetros e análise de incerteza de modelos hidrológicos (domínio das assinaturas). Foi adotado o modelo mensal GR2M, buscando aproximar as assinaturas estimadas a partir das séries temporais simuladas àquelas calculadas usando os registros de monitoramento. Como resultado, foram encontrados valores de KGE acima de 0.91 e 0.93 para a maioria das assinaturas durante os períodos de calibração e validação, respectivamente (0.95 e 0.90 no domínio do tempo). Os intervalos de incerteza variaram de assinatura para assinatura, tendendo ser menores para o domínio das assinaturas que para o domínio do tempo.

Abstract in English:

ABSTRACT In the most common Bayesian framework for estimating the parameters of a hydrological model (time domain), the specification of the likelihood function can be challenging. In addition, scarcely gauged regions might be hard to model, due to the lack of sufficient timeseries to calibrate the model. To circumvent these problems, the present study seeks to evaluate the applicability of hydrological signatures and Approximate Bayesian Computation methods to estimating the parameters and analyzing the uncertainty of a hydrological model (signature domain). We used the GR2M monthly model, aiming to approximate the signatures estimated from the simulated timeseries to those calculated from the monitoring data. As a result, we found KGEs of over 0.91 and 0.83 for most signatures in the calibration and validation periods, respectively (0.95 and 0.90 in the time domain). The uncertainty intervals varied from signature to signature, with the tendency of being smaller for the signature-domain than for the time-domain.

Abstract in Portuguese:

RESUMO O presente estudo teve como objetivo ajustar as curvas chave de transporte de sedimentos em três seções do rio Pandeiros (Brasil), bem como estabelecer modelos para a estimativa da concentração de sólidos suspensos utilizando as variáveis vazão e turbidez. O estudo utilizou dados medidos entre maio de 2019 e janeiro de 2023. Foram determinadas: a vazão, a concentração de sólidos suspensos, a descarga sólida em suspensão e a turbidez. As curvas chave de sedimentos foram ajustadas seguindo o modelo potencial. O coeficiente de determinação foi superior a 0,93 em todos ajustes. Quanto aos modelos ajustados para estimar a concentração de sólidos suspensos, os melhores resultados foram obtidos pelo modelo potencial, utilizando a vazão como variável independente, e linear, utilizando a turbidez como variável independente. Concluiu-se que as curvas chave de sedimentos e os modelos ajustados para estimar a concentração de sólidos podem ser utilizados para auxiliar no monitoramento hidrossedimentológico no rio Pandeiros.

Abstract in English:

ABSTRACT The present study aimed to fit the sediment rating curves in three sampling points of the Pandeiros River (Brazil), as well as to establish models for estimating the suspended solids concentration using the flow and turbidity data. The study used data measured between May 2019 and January 2023. The following variables were determined: flow, suspended solids concentration, suspended solids discharge and turbidity. The sediment rating curves were fitted using the power model. The coefficient of determination was higher than 0.93 for all the fits. As for the models fitted to estimate the suspended solids concentration, the best results were obtained by the power model, using flow as the independent variable, and the linear model, using turbidity as the independent variable. It was concluded that both the rating sediment curve and the models fitted to estimate the solids concentration can be used to assist in the hydrosedimentological monitoring of the Pandeiros River.

Abstract in Portuguese:

RESUMO Este estudo explora a questão crítica das mudanças climáticas e suas implicações para o Sistema Produtor de Água Cantareira (CWPS), uma fonte vital de abastecimento de água para a Região Metropolitana de São Paulo (MRSP). Usando dados do modelo CMIP6 GFDL-CM4, a pesquisa avalia como a mudança climática afeta significativamente o ciclo hidrológico, influenciando assim a disponibilidade de água e aumentando a vulnerabilidade da CWPS a períodos de escassez e instabilidade hídrica. A demanda de água e a operação do Elevatória Santa Inês (ESP)SIPS indicam que a transição do cenário observado para os cenários SSP2-4.5 e SSP5-8.5 resulta em uma redução acentuada na porcentagem do abastecimento de água considerado normal, caindo significativamente de 82.3% para 25.2% e 14.1%, respectivamente. As descobertas lançam luz sobre os desafios enfrentados pelo CWPS no contexto das mudanças climáticas, oferecendo alternativas valiosas para o desenvolvimento de estratégias e medidas adaptativas visando garantir a segurança hídrica da MRSP. Este estudo enfatiza a urgência de abordar as potenciais consequências das mudanças climáticas nos sistemas de recursos hídricos para proteger o futuro de uma das regiões mais populosas do Brasil.

Abstract in English:

ABSTRACT This study explores the critical issue of climate change and its implications for the Cantareira Water Production System (CWPS), a vital water supply source for the Metropolitan Region of São Paulo (MRSP). Using data from the CMIP6 GFDL-CM4 model, the research assesses how climate change significantly affects the hydrological cycle, thereby influencing water availability and increasing the vulnerability of the CWPS to periods of water scarcity and instability. Water demand and the operation of the Santa Inês Pumping Station (SIPS) indicate that the transition from the observed scenario to the SSP2-4.5 and SSP5-8.5 scenarios results in a marked reduction in the percentage of the water supply considered normal, dropping significantly from 82.3% to 25.2% and 14.1%, respectively. The findings shed light on the challenges faced by CWPS in the context of climate change, offering valuable insights for the development of strategies and adaptive measures to ensure water security for MRSP. This study underscores the urgency of addressing climate change's potential consequences on water resources systems to safeguard the future of one of Brazil's most populous regions.

Abstract in Portuguese:

RESUMO A precisão nas previsões de vazão dos rios é crucial para a Hidrologia, mas é desafiada pela qualidade dos dados fluviométricos. Este estudo investiga o impacto de diferentes métodos de imputação de dados faltantes no desempenho do modelo Autoregressivo Integrado de Médias Móveis Sazonal (SARIMA). O modelo SARIMA (1,1,1)(0,1,1)12 foi selecionado usando critérios semi-automatizados, como menor AIC, parâmetros significativos (p-valor < 0,05) e adequação dos resíduos. Este modelo foi então comparado com séries reconstruídas usando diferentes métodos de imputação, como Média (AM), Mediana (M), Interpolações Spline e Stinemann, Ponderação Regional (RW), Regressão Linear Múltipla (MLR), Imputação Múltipla (MI) e Máxima Verossimilhança (ML). Os dados foram analisados considerando cenários de 5, 20 e 40% de dados faltantes, seguindo padrões aleatórios e de blocos, utilizando dados do Rio Doce, no Sudeste do Brasil. Os resultados obtidos pelos indicadores de desempenho e suas respectivas diferenças relativas, indicaram que, métodos univariados (AM e M) e multivariados (PW e RLM) limitaram o desempenho do modelo, enquanto os métodos univariados Spline e Stine e multivariados IM e ML não apresentaram limitações significativas, exceto Spline para o padrão de blocos. Conclui-se que a precisão das previsões futuras depende, não apenas de um modelo bem treinado e validado, mas também, do uso adequado de métodos de imputação de dados faltantes.

Abstract in English:

ABSTRACT Accuracy in river flows forecasts is crucial for Hydrology, but is challenged by fluviometric data quality. This study investigates the impact of different missing data imputation methods on the Seasonal Autoregressive Integrated Moving Average (SARIMA) model performance. SARIMA (1,1,1)(0,1,1)12 was selected using semi-automated criteria, such as lowest AIC, significant parameters (p-value < 0.05) and residuals adequacy. This model was then compared with reconstructed series using different imputation methods such as Mean (AM), Median (M), Spline and Stinemann Interpolations, Regional Weighting (RW), Multiple Linear Regression (MLR), Multiple Imputation (MI) and Maximum Likelihood (ML). The data were analyzed considering scenarios of 5, 20 and 40% missing data, following random and block patterns, using data from the Doce River, in Southeast Brazil. Results obtained by the performance indicators and, their respective relative differences, indicated that, univariate (AM and M) and multivariate (PW and RLM) methods limited the model's performance, while univariate Spline and Stine and multivariate IM and ML methods didn't present significant limitations, except Spline for the block pattern. It is concluded that, future predictions accuracy depends, not only on a well-trained and validated model, but also on the appropriate use of missing data imputation methods.

Abstract in Portuguese:

Resumo Este artigo apresenta uma análise dos desafios associados ao gerenciamento do risco de descoloração e o impacto dos transientes hidráulicos na qualidade da água dentro dos sistemas de distribuição. Concentrando-se na Região Metropolitana de Curitiba, Paraná, Brasil, o estudo emprega uma metodologia abrangente que combina o Método das Características para simular transientes hidráulicos e o monitoramento em tempo real de parâmetros de qualidade da água, como os níveis de turbidez e cloro. É proposto um quadro para o gerenciamento do risco de alteração de qualidade da água, destacando estratégias para identificar causas potenciais, avaliar a severidade do risco, desenvolver estratégias de prevenção e mitigação e implementar processos de melhoria contínua. A seção experimental detalha o impacto dos eventos transientes hidráulicos na qualidade da água, com achados significativos indicando uma correlação direta entre a dinâmica do fluxo e a degradação da qualidade da água, particularmente em termos de aumento da turbidez e diminuição dos níveis de cloro durante a desativação das bombas. O estudo contribui com insights valiosos para o gerenciamento eficaz de sistemas de distribuição de água, enfatizando a importância de técnicas avançadas de monitoramento e gerenciamento de riscos para manter padrões elevados de qualidade da água.

Abstract in English:

Abstract This paper presents an analysis of the challenges associated with discoloration risk management and the impact of hydraulic transients on water quality within distribution systems. Focusing on the Metropolitan Region of Curitiba, Paraná, Brazil, the study employs a comprehensive methodology that combines the Characteristic Method for simulating hydraulic transients and real-time monitoring of water quality parameters, such as turbidity and chlorine levels. A framework for managing discoloration risk is proposed, highlighting strategies for identifying potential causes, assessing risk severity, developing prevention and mitigation strategies, and implementing continuous improvement processes. The experimental section details the impact of hydraulic transient events on water quality, with significant findings indicating a direct correlation between flow dynamics and water quality degradation, particularly in terms of increased turbidity and decreased chlorine levels during pump deactivation. The study contributes valuable insights into effective water distribution system management, emphasizing the importance of advanced monitoring and risk management techniques to maintain high-quality water standards.

Abstract in Portuguese:

RESUMO O planejamento urbano inadequado tem contribuído para a produção de sedimentos em Microbacias Hidrográficas Urbanas (MHUs). O presente estudo tem como objetivo desenvolver e aplicar o Índice de Susceptibilidade à Produção de Sedimentos (ISPS) nas MHUs de Campo Grande – Mato Grosso do Sul (MS), Brasil, a partir da agregação de Análise Hierárquica de Processos (AHP) ao Sistema de Informação Geográfica (SIG). Os indicadores selecionados para composição do ISPS são: Classe de Solo (49%), Declividade média (22%), Cobertura Vegetal (13%) e Ruas Sem Pavimentação (16%). É essencial analisar conjuntamente indicadores de ambas as esferas (natural e antrópica) para obter maior confiabilidade nos estudos relacionados à sedimentação em áreas urbanas. As UHMs em urbanização são mais suscetíveis à produção de sedimentos do que as UHMs já densamente ocupadas. O ISPS pode auxiliar os gestores públicos no planejamento urbano e ambiental e na adoção de medidas preventivas de assoreamento dos corpos hídricos e obstrução dos sistemas de drenagem.

Abstract in English:

ABSTRACT Inadequate urban planning has contributed to the sediment production in Urban Hydrographic Micro-basins (UHMs). The present study aims to develop and apply the Sediment Production Susceptibility Index (SPSI) in UHMs from Campo Grande – Mato Grosso do Sul (MS), Brazil, based on the Analysis Hierarchical Process (AHP) and Geographic Information System (GIS) aggregation. The indicators selected for the composition of the SPSI are Soil Class (49%), Average Slope (22%), Vegetation Cover (13%), and Unpaved Streets (16%). It is essentially to jointly analyze indicators from both spheres (natural and anthropogenic) to obtain greater reliability in studies related to sedimentation in urban areas. UHMs undergoing urbanization are more susceptible to sediment production than UHMs that are already densely occupied. SPSI can assist public managers in the urban and environmental planning and in the adoption of preventive measures against the silting of water bodies and obstruction of drainage systems.

Abstract in Portuguese:

RESUMO Este estudo apresenta um modelo integrado de planejamento e gestão de recursos hídricos que leva em conta tanto a quantidade quanto a qualidade da água em bacias hidrográficas e reservatórios. Portanto, fornece uma abordagem abrangente para uma melhor compreensão e avaliação dos sistemas hídricos. O modelo facilita análises da dinâmica espacial e temporal dos processos hidrológicos, do transporte de poluentes e do comportamento de rios e reservatórios. O estudo avaliou o transporte de cargas poluentes na Bacia do Alto Paranapanema aplicando o modelo Soil Moisture Accounting Procedure (SMAP), método Muskingum, modelos de acúmulo/lavagem, Streeter-Phelps e de dimensão zero (0D) para estimar afluências no reservatório de Jurumirim. Uma biblioteca pública baseada em Python foi desenvolvida para modelar processos hidrológicos. A calibração do modelo resultou em NSE, KGE, PBIAS e RMSE de 0,746; 0,778; 6,5% e 73,3 m3s−1, respectivamente. Indicando uma simulação robusta que atesta a versatilidade e confiabilidade da abordagem proposta. A metodologia delineada nesta pesquisa permite uma simulação abrangente da qualidade da água à nível de bacia, servindo assim como uma ferramenta para compreender a dinâmica da quantidade e qualidade da água e subsidiar a tomada de decisões relativamente ao planeamento e gestão dos recursos hídricos.

Abstract in English:

ABSTRACT This study introduces an integrated model for water resources planning and management that accounts for both the quantity and quality of water in watersheds and reservoirs. Therefore, it provides a comprehensive approach for better understanding and assessing water systems. The model facilitates analyses of the spatial and temporal dynamics of hydrological processes, pollutant transport, and the behavior of rivers and reservoirs. The study evaluated pollutant load transport in the Upper Paranapanema Basin by applying the Soil Moisture Accounting Procedure (SMAP) model, Muskingum method, Streeter-Phelps buildup/washoff model, and zero-dimensional (0D) models to estimate inflows to the Jurumirim reservoir. A Python-based public library was developed to model all hydrological processes. The model calibration yielded a NSE, KGE, PBIAS and RMSE result of 0.746, 0.778, 6.5% and 73.3 m3s−1, respectively. Indicating a robust simulation that attests to the versatility and reliability of the proposed approach. The methodology outlined in this research enables comprehensive water quality simulation at basin scale, thereby serving as a tool for understanding water quantity and quality dynamics and support decision-making regarding water resource planning and management.

Abstract in Portuguese:

RESUMO Avaliou-se as condições de qualidade da água e suas relações com cobertura e uso do solo ao longo de toda a Bacia Hidrográfica do Ribeirão Ipanema (BHRI), considerando também as diferenças espaciais e temporais. Treze variáveis foram avaliadas em quatorze estações amostrais localizadas nas zonas rural, periurbana e urbana nas estações seca e chuvosa, de 2015 a 2018. A Análise de Componentes Principais (ACP) foi aplicada para detectar quais variáveis melhor explicam a variância dos dados e para detectar possíveis tendências espaciais e/ou temporais na qualidade da água da BHRI. Os quatro CPs explicaram 74% da variação dos dados, mas relações fortes com as variáveis ambientais ocorreram apenas nos dois primeiros componentes principais. CP1 foi relacionado com nutrientes, alcalinidade, DBO, condutividade elétrica, OD e pH; e CP2 foi relacionado com sólidos totais suspensos (STS) e clorofila-a. Foi observado um padrão de distribuição espacial com base nas zonas de uso do solo e nas estações amostrais, no entanto nenhum padrão temporal foi identificado. N-amoniacal e STS foram as variáveis mais importantes (valores de loadings > │0,75│). Eles apresentaram valores elevados na zona urbana provavelmente devido ao lançamento inadequado de esgoto. O Ribeirão Ipanema não mostrou capacidade de autopurificação e as elevadas concentrações de STS na zona rural do rio principal clamam pela restauração da mata ripária. Essas ações de manejo para a melhoria da qualidade da água podem contribuir na restauração do Rio Doce.

Abstract in English:

ABSTRACT We evaluated the water quality conditions and their relationships with the land cover/use throughout the entire Ipanema Stream Watershed (ISW), also considering temporal differences. Thirteen water quality variables were evaluated in fourteen sampling stations located in rural, peri-urban, and urban zones in both dry and rainy seasons from 2015 to 2018. A PCA was performed to detect which variables explain most of the data variability and to detect spatial and/or temporal trends in ISW water quality. The four PCs explained 74% of the data variability, but strong relationships with environmental variables were only observed in the two main components. PC1 was related to nutrients, alkalinity, BOD, electrical conductivity, DO, and pH, while PC2 was related to total suspended solids (TSS) and chlorophyll-a. A spatial pattern related to sampling stations and land uses was observed, but no temporal pattern was identified. Ammoniacal-N and TSS were most important variables (loading values >│0.75│), and showed higher values in urban zone probably due to inadequate sewage discharge. Ipanema Stream did not show a self-purification capacity, and the high TSS concentrations in rural mainstream ask for riparian zone restoration. These management actions for water quality improvement would even contribute to the recovery of Doce River.

Abstract in Portuguese:

RESUMO A região do Alto Capibaribe, no semiárido brasileiro, enfrenta uma problemática ambiental devido a contaminação oriunda das atividades têxteis. O lançamento inadequado de corantes e outras substâncias tóxicas ameaça à saúde humana e os recursos hídricos, como as reservas aluvionares. Desse modo, o biochar, um adsorvente de baixo custo produzido pela pirólise de biomassa, auxilia a mitigar esses problemas, aumentando a capacidade de retenção dos solos. Deste modo, este estudo analisou o efeito da aplicação, nas proporções de 1% e 0,25%, do biochar, produzido a partir da casca de café, biomassa já consolidada na produção de biocarvão, na temperatura de 530 °C, com tempo de pirólise de 10 a 12 horas, em um forno metálico caseiro, resultando em um produto com 67,11% de carbono. Este biochar foi aplicado para avaliar a mobilidade do corante têxtil Vermelho Drimaren, na concentração de 25 mg.L-1, utilizado para tingimento de vestimentas em indústrias locais, em uma camada subsuperficial de um depósito aluvionar, localizado no leito seco do rio Capibaribe. Verificou-se, através da Espectroscopia na Região do Infravermelho com Transformada de Fourier (FTIR) que as maiores vibrações espectrais estão na faixa de 1400-1800 cm-1, indicando a presença dos grupos funcionais amina e amida, que favorecem o processo de biossorção. Que os pHs em água são superiores aos em KCl para todas as situações, sendo o biochar um produto básico e o solo aluvionar de natureza ácida. E, que os valores de ponto de carga zero são iguais a 6,96 e 7,96, para as proporções Solo+0,25%BC e Solo+1,00%BC, respectivamente. As camadas adicionadas de 0,25%BC e 1,00%BC tiveram acréscimo na capacidade adsortiva de 31,68% e 8,62%, respectivamente, em relação a capacidade de sorção do solo natural. Os dados cinéticos se ajustaram de melhor forma ao modelo de pseudo-segunda ordem e a difusão intra-partícula não foi o processo determinante da transferência de massa e ocorrência do processo de adsorção. Os modelos isotérmicos linear e de Freundlich descreveram de modo consistente o processo sob concentrações variáveis, e o modelo de Langmuir não demonstrou significado físico válido.

Abstract in English:

ABSTRACT The region of Alto Capibaribe, in the Brazilian semiarid, faces an environmental issue due to contamination from textile activities. Inadequate release of dyes and other toxic substances threatens human health and water resources, such as alluvial reserves. Thus, biochar, a low-cost adsorbent produced by biomass pyrolysis, helps mitigate these problems by increasing soil retention capacity. This study analyzed the effect of applying biochar, produced from coffee husks, a biomass already established in biochar production, at temperature of 530 °C with a pyrolysis time of 10 to 12 hours, in a homemade metallic furnace, resulting in a product with 67.11% carbon. This biochar was applied to evaluate the mobility of the textile dye Red Drimaren, at a concentration of 25 mg.L-1, used for garment dyeing in local industries, in a subsurface layer of an alluvial deposit located in the dry bed of the Capibaribe River. Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) showed that the highest spectral vibrations are in the range of 1400-1800 cm-1, indicating the presence of amine and amide functional groups, favoring the biosorption process. The pH in water is higher than in KCl for all situations, with biochar being basic and the alluvial soil being acidic. The zero charge point values ​​are equal to 6.96 and 7.96 for the proportions Soil+0.25%BC and Soil+1.00%BC, respectively. Layers with 0.25%BC and 1.00%BC added had an increase in adsorptive capacity of 31.68% and 8.62%, respectively, compared to the natural soil sorption capacity. Kinetic data best fit the pseudo-second-order model, and intra-particle diffusion was not the determining mass transfer process nor the occurrence of the adsorption process. Linear and Freundlich isotherm models consistently described the process under varying concentrations, and the Langmuir model did not show a valid physical significance.

Abstract in Portuguese:

RESUMO Neste estudo objetivou-se caracterizar a zona hiporreica de um trecho do rio Ipojuca através de análises dos sedimentos e da meiofauna desse ambiente. Foram realizadas coletas de amostras em dois pontos, (Ponto 1: 8º17'28.2” S; 35º59'38.6” W e Ponto 2: 8º17'48.1” S; 35º56'12.2” W), e em três períodos: verão (novembro/2018), período de transição (março/2018) e inverno (junho/2018). O material mais representativo foi classificado como silte, variando entre grosso, médio e fino. Foram contabilizados 678 indivíduos da meiofauna, distribuídos em quatro taxa mais representativos, Rotifera (41%), Nematoda (40%), Annelida (11%) e Copepoda (5%). A análise PERMANOVA indicou diferenças significativas para os fatores Tempo (p = 0,0009) e Espaço (p = 0,0261). Não houve relação significativa entre a estrutura da comunidade da meiofauna e as variáveis do ambiente hiporreico. As diferenças observadas podem estar ligadas a qualidade da água, que também variou entre os pontos e os períodos estudados.

Abstract in English:

ABSTRACT This study characterized the hyporheic zone of a stretch of the Ipojuca River through analysis of the sediments and meiofauna of this environment. Samples were collected at two points (Point 1: 8°17'28.2” S; 35°59'38.6” W and Point 2: 8°17'48.1” S; 35°56'12.2” W) and in three periods: summer (November/2018), transition period (March/2018), and winter (June/2018). The most representative material was classified as silt, varying between coarse, medium, and fine. 678 meiofauna individuals were counted, distributed in four more representative taxa, Rotifera (41%), Nematoda (40%), Annelida (11%), and Copepoda (5%). The PERMANOVA analysis indicated significant differences for the period (p = 0.0009) and space (p = 0.0261) factors. There was no significant relationship between the meiofauna community structure and hyporheic environment variables. The observed differences may be linked to water quality, which also varied between the points and periods studied.

Abstract in Portuguese:

Resumo Dispositivos de proteção podem ser utilizados para proteger um sistema de adução de água durante um transiente hidráulico, um exemplo é o Reservatório Hidropneumático (RHO) que é capaz de atenuar tanto a sobrepressão quanto a subpressão. Este trabalho propõe a otimização de um RHO através dos algoritmos genéticos NSGA II e NSGA III em um sistema em que atuam ventosas juntamente com o RHO. Uma adutora real localizada em Brasília foi simulada e analisada. Os resultados indicaram a eficiência dos dois métodos em gerar soluções ótimas e mostraram a relevância da garantia de pressões mínimas seguras na tomada de decisão. Uma frente Pareto foi gerada e as melhores soluções dela são apontadas neste trabalho.

Abstract in English:

ABSTRACT Protection devices can be used to protect a water transmission system in a hydraulic transient state, such as the Air Chamber, which can dampen both positive and negative pressure waves. This study proposes an optimal sizing of air chambers through genetic algorithms NSGA-II and NSGA-III combined with air valves in the pipeline. A real-life transmission system located in Brasilia-Brazil was simulated and analyzed. The results indicate the effectiveness of both algorithms in seeking optimal solutions and show the influence of guaranteeing safe minimum pressures in decision-making. We generate a Pareto front and highlight the best solutions.

Abstract in Portuguese:

RESUMO O objetivo deste estudo foi determinar a abundância, tipos e características (tamanho, morfologia e cor) de Microplásticos (MPs) em sedimentos superficiais em dois riachos em uma região andina do Peru. Amostras de sedimentos superficiais foram coletadas no riacho Ishoj (11 locais de amostragem) e no riacho Uyru Rume (8 locais de amostragem), e a separação por densidade foi realizada usando solução salina de alta densidade (cloreto de zinco, ZnCl2) para separar os MPs do sedimento. A abundância de MPs variou de 0 a 2.216 itens/Kg (córrego Ishoj) e 0 a 6.383 itens/Kg (córrego Uyru Rume). Em ambos os córregos, a concentração máxima de MPs foi nos locais localizados próximos aos lixões (coleta de resíduos sólidos, a jusante) e o valor mínimo foi encontrado nos locais localizados na zona alta. O tamanho, morfologia e cor predominante em ambos os riachos foram inferiores a 1 mm, fragmentados e transparentes, respectivamente. Nenhum MP foi encontrado em forma de pellet. PP (polipropileno) foi o MP predominante na análise Raman. Todos os MP eram secundários. Este estudo relata contaminação por MPs em riachos em zonas andinas.

Abstract in English:

ABSTRACT The objective of this study was to determine the concentration, types and characteristics (size, morphology and color, as well as polymer composition) of MPs in surface sediments in two streams in an Andean region of Peru. Surface sediment samples were collected in Ishoj stream (11 sampling sites) and Uyru Rume stream (8 sampling sites), and density separation was performed using high-density saline solution (zinc chloride, ZnCl2) to separate the MPs from the sediment. The concentration of MPs ranged from 0 - 2216 items/Kg (Ishoj stream) and 0 - 6383 items/Kg (Uyru Rume stream). In both streams, the maximum concentration of MPs was in the sites located near the dumps (solid waste collection, downstream) and the minimum value was found in the sites located in the upper zone. The size, morphology and predominant color in both streams were less than 1 mm, fragment and transparent, respectively. No MPs were found in pellet form. PP (polypropylene) was the predominant MPs in Raman analysis. All MPs were secondary. This study report contamination by MPs in streams in Andean zones.

Abstract in Portuguese:

RESUMO A água é a substância mais importante da natureza e todas as formas de vida conhecidas no planeta dependem dela. Dentre as espécies aquáticas, destacam-se as microalgas e cianobactérias como indicadoras de sua qualidade, pois seu aumento pode ser prejudicial ao consumo humano, devendo haver um nonitoramento de suas concentrações. Esta pesquisa teve como objetivo identificar padrões de reflectância das microalgas Chlorella vulgaris e Raphidocelis subcapitata que permitam, por meio da criação de um algoritmo, estimar suas concentrações de chl-a. O software R verificou que a densidade e o crescimento celular foram maiores em C. vulgaris com correlação de Pearson de 0,96 (p-valor 0,000041) e o teor de Chl-a foi maior em R. subcapitata com correlação de Pearson de 0,81 (p-valor 0,013778). Um algoritmo possibilitou a edição da variável dependente com base em modelos estatísticos. As melhores leituras para as microalgas utilizadas foram na faixa espectral de 524,84 nm em R. subcapitata e 671,13 nm em C. vulgaris. O uso do espectrorradiômetro para tal análise, até então inédito, deveu-se ao melhor custo-benefício para medição da reflectância de Chl-a. Espera-se que essas duas equações sejam utilizadas em satélites para verificação remota da qualidade da água por meio da incidência dessas microalgas.

Abstract in English:

ABSTRACT Water is the most important substance in nature and all known life forms on the planet depend on it. Among aquatic species, microalgae and cyanobacteria stand out as indicators of their quality, as their increase can be harmful for human consumption, and their concentrations should be monitored. This research aimed to identify reflectance patterns of the microalgae Chlorella vulgaris and Raphidocelis subcapitata that allow, through the creation of an algorithm, the estimation of their chl-a concentrations. The R software found that cell density and growth were higher in C. vulgaris Pearson correlation of 0.96 (p-value 0.000041) and Chl-a content was higher in R. Subcapitata Pearson correlation of 0.81 (p-value 0.013778). An algorithm made it possible to edit the dependent variable based on statistical models. The best readings for the microalgae used were in the spectral range of 524.84 nm in R. subcapitata and 671.13 nm in C. vulgaris. The use of the spectroradiometer for such an analysis, previously unprecedented, was due to the best cost-benefit for measuring the reflectance of Chl-a. It is expected that these two equations will be used in satellites to remotely check water quality through the incidence of these microalgae.

Abstract in Portuguese:

RESUMO A simulação do fluxo de água no solo em regiões semiáridas é fundamental para o gerenciamento de recursos hídricos escassos. Visando resultados mais precisos, a análise de sensibilidade (AS) dos parâmetros hidrodinâmicos envolvidos nas simulações é muito relevante. Este estudo tem como objetivo avaliar a influência dos parâmetros hidrodinâmicos na resposta hidrológica de um depósito aluvionar no leito seco do Rio Capibaribe utilizando o Hydrus-1D. Um método de análise de sensibilidade global proposto por Sobol foi escolhido para avaliar a sensibilidade da curva de infiltração de água no solo. Uma análise de convergência foi realizada para investigar a evolução dos índices com o aumento do tamanho da amostra. Os valores dos índices de sensibilidade apresentaram variações brutas no início das simulações para os diferentes parâmetros, mas convergiram dentro do conjunto de 10.000 amostras. Para parâmetros cujos índices de sensibilidade são mais próximos de 0, nota-se que 1.000 amostras (14.000 simulações) foram suficientes para que o índice convergisse para seu valor final. O índice de sensibilidade total e de primeira ordem calculado com 10.000 amostras apresenta os parâmetros n e Ks como os mais importantes, sendo expressamente mais influentes que os demais.

Abstract in English:

ABSTRACT Simulation of water flow in the soil in semiarid regions is fundamental for managing scarce water resources. Aiming for more accurate results, the sensitivity analysis (SA) of the hydrodynamic parameters involved in the simulations is very relevant. This study aims to evaluate the influence of hydrodynamic parameters on the hydrological response of an alluvial deposit in the dry bed of the Capibaribe River using the Hydrus-1D. A global sensitivity analysis method proposed by Sobol was chosen to evaluate the sensitivity of the soil water infiltration curve. A convergence analysis was carried out to investigate the evolution of the indices with increasing sample size. Values of the sensitivity indices showed gross variations at the beginning of the simulations for the different parameters, but they converged within the set of 10,000 samples. For parameters whose sensitivity indices are closer to 0, it is noted that 1,000 samples (14,000 simulations) were sufficient for the index to converge to their final value. The total and first-order sensitivity index calculated with 10,000 samples present the parameters n and Ks as the most important, being expressly more influential than the others.

Abstract in Portuguese:

RESUMO Ao longo da fronteira entre a Argélia e a Tunísia, no nordeste do país, as águas subterrâneas são consideradas a principal fonte de água potável e agrícola para a comunidade local. Essa situação é resultado da baixa pluviosidade e da limitação das águas superficiais. O objetivo deste trabalho de pesquisa é descobrir como as descargas de águas residuais afetam a qualidade físico-química e bacteriológica das águas subterrâneas aluviais. Trinta e seis poços e boreholes foram utilizados para coletar amostras de água. Os resultados da análise mostram que as águas variaram de ácidas a neutras (6,46 ≤ pH ≤ 8,3) e de moderadamente a altamente mineralizadas (754 μS/cm < C.E < 11680 μS/cm). Os principais tipos de água, de acordo com o diagrama de Piper, são bicarbonato cálcico (HCO3- Ca2+) e cloreto cálcico (Cl- Ca2+). Coliformes totais e Escherichia Coli foram detectados em 60 e 100% das amostras de água analisadas, respectivamente. Os dados geoespaciais mostram que a poluição química e bacteriológica progride de montante para jusante, do rio Oued El Kebir, no sudeste, até o rio Oued Chabro, no noroeste. A análise estatística multivariável (análise de componentes principais e análise de aproximação) destacou que a mineralização da água é controlada por três fenômenos principais, que são a interação hidrólise da água-rocha, a lixiviação de formações geológicas e a influência de atividades antropogênicas.

Abstract in English:

ABSTRACT Along the Algerian-Tunisian border in northeastern Algeria, groundwater is regarded as the primary source of agricultural and drinking water for the local community. This situation is the result of low rainfall and limited surface water. Finding out how wastewater discharges affect the physicochemical and bacteriological quality of alluvial groundwater is the objective of this research paper. Thirty-six wells and boreholes were targeted to collect water samples. The analysis results show that the waters ranged from acidic to neutral (6.46 ≤ pH ≤ 8.3), and moderately to highly mineralized (754 μS/cm < C.E < 11680 μS/cm). The main water types, according to the Piper diagram, are calcic bicarbonate (HCO3- Ca2+) and calcic chloride (Cl- Ca2+). Total coliforms and Escherichia Coli were detected in 60 and 100% of the water samples analyzed, respectively. The geospatial data shows that the chemical and bacteriological pollution progresses from upstream to downstream, from Oued El Kebir river in the South East to Oued Chabro River in the North West. The multivariable statistical analysis (Principal Component Analysis and Closer Analysis) highlighted that water mineralization is controlled by three major phenomena, which are water-rock hydrolysis interaction, leaching of geological formations, and influence of anthropogenic activities.

Abstract in Portuguese:

RESUMO O Sistema Aquífero Urucuia (SAU) é uma importante fonte de água subterrânea no Brasil, no qual foram observadas reduções nas vazões dos rios e nos níveis subterrâneos nos últimos anos. A mudança na evapotranspiração real devido a um aumento na demanda atmosférica de água foi uma das muitas causas apontadas para explicar a redução observada nas vazões. Para avaliar a demanda evaporativa na região do Sistema Aquífero Urucuia, neste estudo avaliamos possíveis tendências na evapotranspiração de referência com o método FAO Penman-Monteith utilizando os dados de reanálise atmosférica ERA5 para o período de 1960-2020 após uma comparação com dados medidos em estações. Os resultados apontaram uma boa concordância entre os dados ERA5 e as observações em estações meteorológicas, e também indicaram tendências crescentes na evapotranspiração de referência. Este aumento parece ser causado pelo aumento da temperatura do ar, da radiação superficial e da velocidade do vento. No período analisado de 1960 a 2020, as últimas duas décadas, a partir dos anos 2000, apresentaram a maior demanda evaporativa em todo o SAU.

Abstract in English:

ABSTRACT The Urucuia Aquifer System (UAS) is an important groundwater source in Brazil, where declining river flows and groundwater table levels were observed in the past years. Changes in actual evapotranspiration due to an increase in atmospheric water demand was among many driving causes that were pointed out to explain lowering observed flows. To assess evaporative demand across the Urucuia Aquifer System, in this study we evaluated possible trends in reference evapotranspiration with the FAO Penman-Monteith method, using the ERA5 atmospheric reanalysis data for the period of 1960-2020 after a comparison with ground-based observed data. Our findings revealed a generally good agreement between ERA5 data and ground-based measurements and significant increasing trends of reference evapotranspiration. This increase seems to be caused by increases in air temperature, surface radiation and wind speed. Within the 1960 to 2020 analyzed period, the last two decades from 2000 onward had the highest evaporative demand across the UAS.

Abstract in Portuguese:

RESUMO A presença de contaminantes emergentes nas águas superficiais é uma preocupação crescente, pois essas substâncias não são normalmente monitoradas por sistemas de qualidade ambiental, podendo levar ao consumo de água contaminada. Neste estudo, a presença de cafeína, um contaminante emergente que é ingerido exclusivamente por humanos e está presente em águas superficiais devido às suas características químicas, foi investigada como um potencial indicador de contaminação antrópica no rio Itajaí-Açu no bioma Mata Atlântica sul do Brasil. Além disso, outros doze poluentes emergentes foram examinados no rio Itajaí-Açu, incluindo estrona (E1), estradiol (E2), etinilestradiol (EE2), estriol (E3), prednisona (PD), hexestrol (HEX), paracetamol (ACM), oxitetraciclina (OC). Amostras de água superficial foram coletadas ao longo de cinco meses e analisadas por cromatografia líquida de alta eficiência. Os resultados revelaram que a cafeína estava presente em 84% das amostras analisadas, e os poluentes emergentes estavam presentes em todos os municípios monitorados. O estudo também investigou a relação entre um índice integrado de qualidade da água, as magnitudes e ocorrências de cafeína e o uso da terra. Os poluentes emergentes Estrona, Etinilestradiol, Hexestrol, Naproxeno e Oxitetraciclina não foram detectados nas amostras analisadas. No entanto, Ibuprofeno, Tetraciclina, Prednisona e Paracetamol estiveram presentes em 44% e 36% das amostras, respectivamente, com Estriol, Cetoprofeno e Estradiol tendo menor ocorrência. As concentrações médias de Estradiol, Estriol, Cetoprofeno, Paracetamol e Ibuprofeno foram de 0.08 µg L-1, 0.23 µg L-1, 0.15 µg L-1, 0.42 µg L-1, and 0.44 µg L-1, respectivamente, e foram maiores do que as relatadas anteriormente. A faixa de concentração de cafeína durante o estudo foi de <0.10 to 1.48 µg L-1,, sendo a concentração média de 0.30 µg L-1. Esses resultados destacam a presença de poluentes emergentes no rio Itajaí-Açu e a necessidade de monitoramento contínuo e legislação regulatória para proteger a qualidade das águas superficiais no Brasil.

Abstract in English:

ABSTRACT The presence of emerging contaminants in surface water is a growing concern, as these substances are not typically monitored by environmental quality systems, potentially leading to the consumption of contaminated water. In this study, the presence of caffeine, an emerging contaminant that is ingested solely by humans and is present in surface water due to its chemical characteristics, was investigated as a potential indicator of anthropogenic contamination in the Itajaí-Açu River in the southern Brazilian Atlantic Forest biome. Additionally, twelve other emerging pollutants were examined in the Itajaí-Açu River, including estrone (E1), estradiol (E2), ethinylestradiol (EE2), estriol (E3), prednisone (PD), hexestrol (HEX), acetaminophen (ACM), Oxytetracicline (OC). Surface water samples were collected over five months and analyzed using high-performance liquid chromatography. The results revealed that caffeine was present in 84% of the analyzed samples, and emerging pollutants were present in all monitored municipalities. The study also investigated the relationship between an integrated water quality index, the magnitudes and occurrences of caffeine, and land use. The emerging pollutants Estrone, Ethinylestradiol, Hexestrol, Naproxen and Oxytetracycline were not detected in the analyzed samples. However, Ibuprofen, Tetracycline, Prednisone, and Acetaminophen were present in 44% and 36% of the samples, respectively, with Estriol, Ketoprofen, and Estradiol having a lower occurrence. The mean concentrations of Estradiol, Estriol, Ketoprofen, Acetaminophen, and Ibuprofen were 0.08 µg L-1, 0.23 µg L-1, 0.15 µg L-1, 0.42 µg L-1, and 0.44 µg L-1, respectively, and were higher than previously reported. The concentration range of caffeine during the study was <0.10 to 1.48 µg L-1, with the mean concentration being 0.30 µg L-1. These findings highlight the presence of emerging pollutants in the Itajaí-Açu River and the need for continued monitoring and regulatory legislation to protect surface water quality in Brazil.

Abstract in Portuguese:

RESUMO O monitoramento ambiental da água é essencial para uma gestão eficiente da conservação dos mananciais em Bacias Hidrográficas. Contudo, faltam estudos com esta sinergia aplicando técnicas não convencionais. Avaliamos características químicas das águas superficiais e subterrâneas (2021-2022), incluindo pela primeira vez analise da composição isotópica de amostras de águas coletadas de fontes hídricas ao longo da Bacia do Educandos, na cidade de Manaus- AM/Brasil, para avaliar as alterações química-isotópica diante dos impactos antropogênicos. Foram utilizadas análises estatísticas para comparação de médias, análises gráficas e de componentes Principais para identificar os principais padrões dos conjuntos de dados. Nossos resultados demostraram aumento significativo no pH, condutividade elétrica e aumento de nitratos em águas subterrânea poluída e redução do OD nas águas poluídas superficiais. Além disso, a assinatura isotópica não indicou poluição através das mudanças da composição isotópica de águas naturais e poluídas, porém mostrou assinaturas mais empobrecidas em um dos poços subterrâneos de monitoramento, indicando um local de impacto vulnerável à interação de águas do aquífero com Rio Negro ou com Igarapé. Ao analisar os parâmetros químicos com a composição isotópica permite melhor entendimento dos mecanismos de circulação e mineralização das águas subterrâneas e superficiais em Bacia Hidrográfica Urbana.

Abstract in English:

ABSTRACT Environmental monitoring of water is essential for efficient management of water source conservation in river basins. However, there is a lack of studies with this synergy applying unconventional techniques. We evaluated chemical characteristics of surface and underground waters (2021-2022), including for the first time the analysis of the isotopic composition of waters collected from water sources throughout Educandos`s Basin, in the city of Manaus-AM/Brazil, to evaluate chemical-isotopic changes in the view of anthropogenic impacts. Statistical analyzes were used to compare means, graphical analyzes and Principal Component Analysis to identify the main patterns of the data sets. Our results demonstrated a significant increase in pH, electrical conductivity and an increased in nitrates in polluted groundwater and reduced DO in contaminated surface waters. Furthermore, the isotopic signature did not indicate pollution through changes in the isotopic composition of natural and polluted waters, however, it showed more depleted signatures in one of the underground monitoring wells, indicating an impact site vulnerable to the interaction of aquifer waters with Rio Negro and Igarapé. When analyzing chemical parameters with isotopic composition, it can be allowed a better understanding of the mechanisms of circulation and mineralization of underground and surface waters in the Urban Hydrographic Basin.

Abstract in Portuguese:

RESUMO A qualidade da distribuição da água e os coeficientes que expressam a eficiência do uso da água são avaliados a partir da distribuição da lâmina de irrigação (I). No entanto, foi proposta a hipótese de que pode ser mais eficaz basear essas análises na lâmina de água armazenada no perfil do solo (H), após a irrigação. Para avaliar esta hipótese, em solo muito argiloso, o feijão foi cultivado sob irrigação por aspersão convencional, com quatro cenários de uniformidade de aplicação de água. Durante o ciclo da cultura foram realizadas irrigações programadas de acordo com um limite inferior do potencial hídrico do solo. Os quatro cenários foram associados a 64, 144, 192 e 256 pontos experimentais, os quais foram caracterizados como tendo uniformidade excelente (S1), adequada (S2), inadequada (S3) e inaceitável (S4), de acordo com os valores obtidos do coeficiente de uniformidade de Christiansen (CUC) e do coeficiente de uniformidade de distribuição (CUD). Ao final do ciclo foi realizada a colheita em cada grade, obtendo-se o rendimento da cultura. A uniformidade da distribuição da água no solo impacta negativamente o rendimento das culturas apenas no S4, com um padrão de aplicação de água inaceitável. A análise da qualidade da irrigação baseada nos valores de H é mais consistente com os resultados observados para a cultura do que a análise baseada na lâmina de água aplicada.

Abstract in English:

ABSTRACT The quality of water distribution and the coefficients that express water use efficiency are evaluated from the distribution of the irrigation depth (I). However, a hypothesis has been proposed that it may be more effective to base these analyses on the water depth stored in the soil profile (H), after irrigation. To evaluate this hypothesis, in a very clayey soil, bean was cultivated under irrigation by conventional sprinkling, with four scenarios of water application uniformity. During the crop cycle, irrigations were carried out, scheduled according to a lower limit of soil-water potential. The four scenarios were associated with 64, 144, 192 and 256 experimental points, which were characterized as having excellent (S1), adequate (S2), inadequate (S3) and unacceptable (S4) uniformity, according to obtained values of Christiansen’s uniformity coefficient (CUC) and distribution uniformity coefficient (DUC). At the end of the cycle, harvest was carried out in each grid, obtaining the crop yield. The uniformity of water distribution in the soil negatively impact crop yield only in S4, with an unacceptable water application pattern. The irrigation quality analysis based on values of H is more consistent with the results observed for the crop than the analysis based on the applied water depth.

Abstract in Portuguese:

RESUMO Os escoamentos em canais em degraus têm sido amplamente estudados nas últimas décadas devido às numerosas barragens construídas com concreto compactado a rolo e aos vertedouros em degraus incorporados. Além dessa aplicação, há interesse prático no uso de canais em degraus para promover a re-aeração e a dessorção de compostos voláteis. Este trabalho teve como objetivo modelar numericamente o escoamento em quedas sucessivas sem ressalto hidráulico, incluindo a equação de advecção-difusão para estudar a re-aeração. O modelo multifásico homogêneo foi utilizado com a equação de advecção-difusão, reescrita em termos de campos médios e incluindo o número de Schmidt turbulento e o modelo de turbulência k-ε. Para modelar a interface ar-água em relação ao fluxo de massa, empregou-se o modelo de resistência de dois filmes com o coeficiente global de transferência de massa. Os resultados numéricos, quando comparados com dados da literatura, possibilitaram o ajuste do modelo às observações experimentais, utilizando para isso o número de Schmidt turbulento e o coeficiente global de transferência de massa. As soluções mostram concentrações crescentes de oxigênio dissolvido ao longo do canal em degraus, com eficiências de re-aeração de até 77%. Uma equação empírica ajustada a partir dos dados experimentais foi então proposta, tendo apresentado aderência aos mesmos e elevado coeficiente de correlação.

Abstract in English:

ABSTRACT Flows in stepped chutes have been widely studied in recent decades due to the numerous dams built with roller-compacted concrete and stepped spillways. Besides this application, there is practical interest in using stepped chutes for re-aeration and desorption of volatile compounds. This work aimed to numerically model the nappe flow without a hydraulic jump, including the advection-diffusion equation for studying re-aeration. The homogeneous multiphase model was used with the advection-diffusion equation, rewritten in terms of average fields and including the turbulent Schmidt number and the k-ε turbulence model. The two-film resistance model was applied at the interface using the global mass transfer coefficient. Numerical results were compared to literature data, allowing model adjustment to experimental observations using the Schmidt number and mass transfer coefficient. Solutions show increasing dissolved oxygen concentrations along the stepped chute, with re-aeration efficiencies up to 77%. An empirical equation fitting the experimental data with a high correlation coefficient was then proposed.

Abstract in Portuguese:

RESUMO A busca por projetos eficientes de redes de distribuição de água (RDA) que refletem as complexidades dos sistemas reais tem estimulado o desenvolvimento e a aplicação de diversas técnicas de otimização. Entre estes, a otimização multi e muitos objetivos possui particular importância devido à intrínseca interação entre variáveis ​​dentro das redes de distribuição de água. Dentro deste domínio, os algoritmos evolutivos surgiram como uma via de otimização promissora, oferecendo uma gama de metodologias documentadas na literatura. Para avaliar sistematicamente essas abordagens, foi desenvolvida uma metodologia para comparar seis algoritmos evolutivos no contexto de otimização de redes de distribuição de água: NSGA-II, NSGA-III, U-NSGA-III, R-NSGA-III, MOEA/D e RVEA, utilizando duas funções objetivo distintas. A análise comparativa utilizou como métricas principais o critério de eficiência (E), a função de distribuição acumulada (FDA), análises estatísticas de erro e complexidade de algoritmos. As descobertas revelaram que, embora a maioria dos algoritmos tenha convergido com sucesso para o ótimo global conhecido do estudo de caso empregado, o NSGA-II e o NSGA-III exibiram desempenho superior, principalmente na minimização de custos. Estes resultados demonstram a eficácia destes algoritmos em lidar com as complexidades inerentes à otimização de redes de distribuição de água, posicionando-os como competidores líderes neste campo.

Abstract in English:

ABSTRACT The pursuit of efficient water distribution network (WDN) projects that reflect the complexities of real systems has spurred the development and application of various optimization techniques. Among these, multi and many-objective optimization hold particular significance due to the intrinsic interplay between variables within water distribution networks. Within this domain, evolutionary algorithms have emerged as a promising optimization option, offering a range of methodologies documented in the literature. To systematically evaluate these approaches, a methodology was devised to compare six evolutionary algorithms in the context of water distribution networks optimization: NSGA-II, NSGA-III, U-NSGA-III, R-NSGA-III, MOEA/D, and RVEA, using two distinct objective functions. The comparative analysis utilized as key metrics the efficiency criteria (E), cumulative distribution function (CDF), error statistics and algorithm complexity. The findings revealed that while most algorithms successfully converged to the known global optimum of the employed case study, NSGA-II and NSGA-III exhibited superior performance, notably in minimizing costs. These results demonstrate the efficacy of these algorithms in tackling the complexities inherent in water distribution networks optimization, positioning them as leading contenders in this field.

Abstract in Portuguese:

RESUMO Esse trabalho apresenta uma simulação bidimensional da dinâmica da infiltração numa estrutura real de um pavimento permeável (PP) na cidade do Recife, representando de maneira mais realística a geometria do bulbo de infiltração e a dinâmica dos processos de redistribuição de água no PP. Foram realizados dezesseis ensaios de infiltração na superfície do PP utilizando o método Beerkan. Os parâmetros hidrodinâmicos da superfície do PP foram determinados aplicando o método inverso nos dados de infiltração. Simulações dos processos de transferência de água foram efetuadas com o Hydrus-2D utilizando as propriedades hidrodinâmicas correspondentes à maior e à menor condutividade hidráulica saturada observadas superficialmente. Observou-se características de infiltração satisfatórias no PP. O método inverso apresentou boa capacidade de ajuste às curvas de infiltração acumulada e de estimativa das propriedades hidrodinâmicas. As simulações usando o Hydrus-2D demonstraram que o processo de infiltração e redistribuição da água no subleito dependem das propriedades hidrodinâmicas do revestimento.

Abstract in English:

ABSTRACT This work presents a two-dimensional simulation of infiltration dynamics in a real permeable pavement (PP) structure in the city of Recife, representing more realistically the geometry of the infiltration bulb and the dynamics of water redistribution processes in the PP. Sixteen infiltration tests were carried out on the PP using the Beerkan method. The hydrodynamic parameters of the PP surface were determined by applying the inverse method to the infiltration data. Simulations of water transfer processes were carried out with Hydrus-2D using the hydrodynamic properties corresponding to the highest and lowest saturated hydraulic conductivity observed on the surface. Satisfactory infiltration characteristics were observed in the PP. The inverse method showed good adjustment capacity to the accumulated infiltration curves and estimation of hydrodynamic properties. Simulations using Hydrus-2D demonstrated that the infiltration process and water redistribution in the subgrade depend on the hydrodynamic properties of the coating.

Abstract in Portuguese:

RESUMO Para práticas de gestão e tomada de decisões eficazes, as incertezas associadas aos modelos climáticos regionais (MCR) e aos seus cenários precisam ser avaliadas no contexto das alterações climáticas. Este estudo analisa tendências de longo prazo em conjuntos de dados de precipitação e temperatura (valores máximos e mínimos) oriundos da NASA, da Earth Exchange Global Daily Downscaled Prediction (NEX-GDDP), por meio do Caminho de Concentração Representativa (RCP 4.5 e 8.5), na Bacia do Rio São Francisco utilizando o método REA (Reliable Ensemble Average). Em cada grade, o multimodelo construído foi corrigido para períodos anuais, secos, chuvosos e pré-estação – para períodos históricos (1961-2005) e futuros (2006-2100), usando o software CMhyd. Para detectar tendências de precipitação e temperatura mínima e máxima na bacia, foram utilizados quatro diferentes métodos juntamente com o conjunto de dados que originou o multimodelo. Os quatro métodos utilizados foram: Mann-Kendall, teste de pré-clareamento de Mann-Kendall, pré-clareamento com correção de viés e correlação de Spearman. Na análise das métricas de precipitação e temperatura, os resultados do NRMSD mostraram que, de forma geral, o modelo CSIRO apresentou resultados mais satisfatórios em todas as regiões fisiográficas. O coeficiente de correlação de Person mostrou melhor ajuste da precipitação para os modelos MIROC5, EC.EARTH e NORESMI1, nas áreas do submédio e alto São Francisco. Para a temperatura mínima, os modelos CSIRO e NORESMI1 apresentaram o melhor ajuste, em geral. Na temperatura máxima, os modelos EC.EARTH e CSIRO apresentaram resultados mais satisfatórios. No que diz respeito à análise de tendência, os resultados indicaram uma tendência crescente na temperatura média anual e na precipitação em toda a bacia. Quando analisados por sub-região, os resultados mostram uma tendência crescente nas temperaturas médias mínimas e máximas mensais no médio e baixo SFRB, enquanto a precipitação média mensal aumenta durante a estação chuvosa e pré-estação no Alto São Francisco. Os resultados desta pesquisa poderão ser utilizados por entidades governamentais, como a Defesa Civil, para subsidiar tomadas de decisões que exijam ações/medidas de realocação de pessoas/comunidades para locais de menor risco para minimizar situações de risco ou vulnerabilidade para a população que vive nas proximidades do rio.

Abstract in English:

ABSTRACT For effective management practices and decision-making, the uncertainties associated with regional climate models (RCMs) and their scenarios need to be assessed in the context of climate change. This study analyzes long-term trends in precipitation and temperature data sets (maximum and minimum values) from the NASA, Earth Exchange Global Daily Downscaled Prediction (NEX-GDDP), under the São Francisco River Basin Representative Concentration Path (RCP) 4.5 and 8.5, using the REA (Reliable Ensemble Average) method. In each grid, the built multi-model was bias-corrected using the CMhyd software for annual, dry, wet, and pre-season periods – for historical (1961-2005) and future (2006-2100) periods. The multi-model and four different methods, namely: The Mann-Kendall, Mann-Kendall pre-brightening test, bias-corrected pre-brightening, and Spearman correlation, were used to detect trends in precipitation, and minimum and maximum temperature. In the analysis of precipitation and temperature metrics, the results for the NRMSD showed that, in general, the CSIRO model presented more satisfactory results in all physiographic regions. Person's correlation coefficient showed a better adjustment of precipitation for the MIROC5, EC.EARTH and NORESMI1 models, in areas of sub-medium and upper São Francisco. For the minimum temperature, the CSIRO and NORESMI1 models showed the best fit, in general. At maximum temperature, the EC.EARTH and CSIRO models showed more satisfactory results. With regard to trend analysis, the results indicated an increasing trend in mean annual temperature and precipitation across the basin. When analyzed by subregion, the results show an increasing trend in monthly average minimum and maximum temperatures in the middle and lower SFRB, while average monthly rainfall increases during the rainy season and preseason in Upper São Francisco. The results of this research can be used by government entities, such as Civil Defense, to subsidize decision-making that requires actions/measures to relocate people/communities to less risky locations to minimize risk or vulnerability situations for the population living nearby to the river.

Abstract in Portuguese:

RESUMO Os reservatórios apresentam características diferentes e intrínsecas, do ponto de vista da natureza física, química e biológica, em relação a outros sistemas ambientais. Portanto, eles devem ser caracterizados de forma diferente para uma melhor representação, visando a estratégias adequadas de planejamento e gerenciamento. Este artigo analisou onze reservatórios e desenvolveu uma estratégia de classificação e zoneamento para esses sistemas. Primeiro, são realizadas análises estatísticas e de variação temporal, seguidas de um cálculo do tempo de residência, para avaliar a dinâmica do reservatório. Em seguida, são propostas análises de estratificação e variação espacial para verificar a necessidade de zoneamento. Três dos reservatórios analisados se comportam como sistemas lênticos, com alto tempo de residência. Além disso, todos os três têm afluentes significativos, indicando a necessidade potencial de considerar a variação espacial para sua classificação, posteriormente verificada na modelagem 3D. Mesmo que cada reservatório seja único em sua dinâmica e características, o esquema de classificação é adequado para diferentes tipos de reservatórios, pois funciona como uma árvore de decisão, em que as cargas de entrada e a hidrodinâmica são consideradas.

Abstract in English:

ABSTRACT Reservoirs present different and intrinsic characteristics from the point of view of physical, chemical, and biological nature from other environmental systems. They therefore should be characterized differently for a better representation aiming for proper planning and management strategies. This paper analyzes eleven reservoirs and develops a classification and zonation strategy for those systems. First, temporal variation and statistical analysis are performed, followed by a residence time calculation, to assess the reservoir's dynamics. Next, stratification and spatial variation analysis are proposed to verify their necessity. Three of the reservoirs analyzed behave as lentic systems, with a high residence time. In addition, all three have significant tributaries, indicating the potential necessity of considering spatial variation for their classification, later verified in 3D modeling. Even if every reservoir is unique in its dynamics and characteristics, the classification scheme is suitable for different types of reservoirs, since it works like a decision tree, where input loads and hydrodynamics are considered.

Abstract in Portuguese:

RESUMO Araruama é uma laguna hipersalina perene com conexão por onde a água do mar penetra e se difunde, sendo intensamente evaporada. Embora os fluxos de água do mar aumentem a carga de sais para a laguna, aumentando a salinidade, é esperado que um alto fluxo de água do mar venha a reduzir o tempo de renovação, mas decrescendo a salinidade. A redução do tempo de renovação é positiva para a qualidade da água, mas a consequente redução na salinidade pode promover mudanças no equilíbrio ecológico. No presente trabalho, um modelo numérico hidrodinâmico foi desenvolvido a fim de simular a profundidade máxima do canal (área hidráulica) que promova a redução no tempo de residência, mas que mantenha elevada a salinidade. Cinco cenários de simulação foram executados no modelo hidrodinâmico SisBaHiA©, incluindo profundidades do canal de 2,5 metros; 3,0 metros e 4,0 metros (crescentes áreas hidráulicas. A simulação da salinidade mostrou três setores, um associado com o canal de conexão; o segundo é uma área de intensa evaporação com altos valores de salinidade e a terceira mais a oeste onde aportes de água doce afetam a salinidade. Os cenários testados geraram aumentos na salinidade até 3,0 metros, mas a 4,0 metros o limite é atingido e as salinidades da laguna reduzem o que poderia promover mudanças ecológicas.

Abstract in English:

ABSTRACT Araruama is a perennial hypersaline lagoon where seawater flows in through a narrow connection and spreads, where it is intensively evaporated. Although the inflow of seawater increases the salts load, a high inflow may reduce flushing time, decreasing salinity. Although reducing flushing time would improve water quality, the accompanying reduction in the salinity may change the ecological equilibrium. In the present research, a numeric hydrodynamic model was applied to Araruama Lagoon, to determine the maximum connection depth that promotes reduction of flushing time, however maintaining salinity. Five scenarios were executed in the hydrodynamic model SisBaHiA© with changing hydraulic area, including channel average depths of 2.5 m, 3.0 m, and 4.0 m. The salinity simulations outlined three segmented sectors, the first associated with the connection channel, but also affecting the proximal portion of the lagoon; the second is an intense evaporation area, with high salinity values, and the third, in the western portion of the lagoon where freshwater inputs can affect salinity. The tested channel bathymetry scenarios promoted a salinity increase with a channel depth of 3.0 meters. With a connection channel depth of 4.0 meters (highest hydraulic area), the threshold limit is attained, and salinities are reduced in the lagoon.

Abstract in Portuguese:

RESUMO A detecção e reparo ágil de vazamentos na rede de distribuição de água são essenciais para garantir a eficiência operacional do sistema. É inviável, financeiramente e tecnicamente, percorrer toda a extensão do sistema em busca de vazamentos, por isso é importante identificar zonas suscetíveis. As técnicas hidráulicas são úteis pois analisam os dados hidráulicos para identificar comportamentos anômalos e direcionar os esforços e recursos. As técnicas baseadas no regime transitório são utilizadas para inferir sobre a condição real do sistema ao causar perturbações controladas, como o fechamento de uma válvula, de forma a revelar anomalias. Neste trabalho, foi utilizado o software OpenFlows Hammer, para modelar e gerar dados hidráulicos em regime transitório. Os dados foram analisados com base na teoria dos sinais. Os resultados mostram que é possível identificar vazamentos, mesmo pequenos, através de manobras de válvula e inferir sua localização em relação ao ponto de monitoramento. Contudo, mais estudos são necessários para caracterizar o comportamento dos dados no domínio da frequência

Abstract in English:

ABSTRACT Swift detection and repair of leaks in water distribution networks are essential to ensure the operational efficiency of the system. It’s not viable, both financially and technically, to scour the entire extension of the system to look for leaks, therefore it’s important to narrow down areas prone to leakage. Hydraulic techniques are useful to that end, since hydraulic data can be used to identify anomalies and guide efforts on field campaigns. Among these techniques, those based on the transient state are used to infer about the actual condition of the system by causing controlled disturbances, such as closing a valve, as to reveal anomalies like leaks, deposits or illegal connections. In this paper, the software OpenFlows Hammer, was used to model the transient state and generate the transient state data. This data was then analyzed based on signal theory. The results show that it’s possible to identify the presence of leaks, even minor ones, and their location in relation to the monitoring point. However, further studies are needed to better establish metrics relevant to characterize the behavior of the data in the frequency domain.

Abstract in Portuguese:

RESUMO A ocorrência de inundações causa centenas de mortes por afogamento anualmente, o que destaca a necessidade de desenvolver políticas de gestão de riscos relacionadas a esses eventos. Uma possível abordagem é por meio da definição dos limiares de estabilidade de pessoas quando expostas fluxos de água, visto que sua segurança é comprometida quando a força do fluxo excede sua capacidade de se manter de pé. Sendo assim, o objetivo desse estudo foi realizar uma revisão bibliográfica dos estudos experimentais, empíricos e teóricos realizados sobre o tema. No total, foram identificados 34 estudos realizados até o ano de 2023. Foi identificado que os principais fatores que influenciam a estabilidade das pessoas incluem as características do fluxo de água e os atributos físicos dos indivíduos. Condições adversas, como irregularidades no terreno, baixa iluminação e fatores psicológicos, também foram apontadas como relevantes. Entretanto, poucos estudos analisaram essas condições adversas, revelando uma lacuna na análise experimental dessas variáveis. Portanto, este estudo enfatiza a importância de realizar mais experimentos físicos para preencher essas lacunas, obter uma base de dados mais abrangente e melhorar a precisão em modelos numéricos e experimentais, a fim de aprimorar as ferramentas disponíveis para a gestão de riscos de inundações.

Abstract in English:

ABSTRACT The occurrence of floods causes hundreds of drowning deaths annually. Therefore, it is necessary to develop measures and risk management policies related to flood disasters. One approach is the definition of stability thresholds for individuals in water flows, as safety is compromised when people are exposed to flows that surpass their ability to stand or cross. Based on these considerations, the objective of the study was to conduct a literature review of experimental, empirical, and theoretical studies on this topic, evaluating stability thresholds for individuals exposed to water flow. In total, 34 studies conducted until the year 2023 were identified. Key factors influencing stability include water flow characteristics and the physical attributes of individuals. In addition to these factors, adverse conditions such as uneven terrain, poor lighting, and psychological factors were also considered important. However, it was noted that few studies have assessed such adverse conditions, and there is a gap in the experimental analysis of these variables. Therefore, this study emphasizes the importance of conducting more physical experiments to address these gaps, obtain a more comprehensive database, and improve precision in numerical and experimental models, ultimately supporting tools for flood risk management.

Abstract in Portuguese:

RESUMO A cavitação é um dos fenômenos que contribuem para redução da vida útil das máquinas hidráulicas e ocorre em função da variação do gradiente de pressão à temperatura constante. Em turbinas hidráulicas, a cavitação ocorre quando a turbina opera fora de suas condições nominais, gerando, além de quedas no rendimento, vibrações anormais, erosão nas pás e outros componentes que resultam na necessidade de paradas de máquinas para manutenção. O presente artigo propõe um sistema de monitoramento de cavitação baseado análise dos espectros de vibração via dois modelos de Machine Learning (ML): rede neural Multilayer Perceptron (MLP) e rede neural Radial Basis Function (RBF). Com o uso de padrões provenientes da análise de vibração e do parâmetro coeficiente de pressão, tais modelos são capazes de identificar o estado vibratório da máquina, distinguindo o estado cavitante do não-cavitante. Além disso, é proposto que os mesmos modelos possam estimar as reais condições de funcionamento da turbina, permitindo o planejamento do momento mais oportuno para a manutenção da turbina. Os dois modelos de ML foram avaliados em uma série de experimentos com dados provenientes de uma turbina do tipo Francis Normal, instalada no Brasil, onde foram monitorados os espectros de vibração e o coeficiente de pressão do escoamento. Os dois modelos identificaram estados cavitantes e não-cavitantes com precisão entre 95% e 100%, demonstrando a capacidade das redes desenvolvidas em monitorar a operação de turbinas hidrelétricas de modo satisfatório, servindo como um passo importante para o desenvolvimento de um sistema de monitoramento da cavitação em turbinas.

Abstract in English:

ABSTRACT Cavitation is a phenomenon that reduces the useful life of hydraulic machines, taking place in function of the variation of the pressure gradient at a constant temperature. In hydraulic turbines, cavitation occurs when the turbine operates beyond nominal conditions, generating abnormal vibrations, erosion to blades and other key components, thus resulting in stoppage for maintenance. This article proposes a cavitation monitoring system based on the analysis of vibration spectra via two Machine Learning (ML) models: a Multilayer Perceptron (MLP) neural network and a Radial Basis Function (RBF) neural network. Drawing upon vibration analysis and pressure coefficient parameter standards, such models are capable of identifying the vibratory state of a given machine, distinguishing its cavitating and non-cavitating states. Moreover, it is proposed that these models may estimate real conditions for turbine functioning, thus enabling planning for the most opportune moment to carry out turbine maintenance. Both ML models were evaluated through a series of experiments with data from a Francis turbine installed in Brazil, where vibration spectra and flow pressure coefficients were monitored; they identified cavitating and non-cavitating states with precision levels between 95% and 100%, thus demonstrating satisfactory performance and serving as an important step in the development of a system for monitoring hydropowers.

Abstract in Portuguese:

RESUMO Este estudo apresenta uma avaliação inicial das características hidrográficas na região do Cânion do Rio Japaratuba, este cânion fica na plataforma continental de Sergipe, Brasil. Foi realizado uma campanha oceanográfica, durante a campanha oceanográfica foram realizados dois transectos de alta resolução espacial nos lados norte e sul do cânion, juntamente com um transecto transversal. Os resultados indicam que as características hidrográficas são semelhantes às encontradas na plataforma continental de Pernambuco, com a massa de água dominante sendo a Água Tropical. No entanto, difere por ter apresentado uma influência maior da Água Costeira, resultado da dispersão da pluma do Rio São Francisco e de pequenos Rios que desaguam na porção norte da plataforma continental do estado de Sergipe, em direção sul. A turbidez e a clorofila próximo ao fundo, foram relativamente mais altas na seção sul, o que pode ser uma indicação de que a presença do cânion pode produzir um efeito de ressurgência localizado, desempenhando um papel no soerguimento da água do topo da termoclina permanente, para uma região mais próxima da costa.

Abstract in English:

ABSTRACT This study presents an initial assessment of the hydrographic characteristics in the region of the Japaratuba Canyon on the continental shelf of Sergipe, Brazil. An oceanographic campaign was conducted, during which two high spatial resolution transects were made on the north and south sides of the canyon, along with a transverse transect. The results indicate that the hydrographic features are similar to those found on the continental shelf of Pernambuco, with the dominant water mass being Tropical Water. However, it differs in having a much greater influence from Coastal Water, as a result of the dispersion of the São Francisco River plume to the south and from small rivers that discharge into the northern portion of the continental shelf of the state of Sergipe. The near bottom turbidity and chlorophyll were relatively higher in the southern section, what can be an indication that the presence of the canyon can produce a localized upwelling effect, with the canyon playing a role in allowing the approach of water from the top of the nearest permanent thermocline to the coast.

Abstract in Portuguese:

RESUMO O inseticida tiametoxam (TIA) é comumente utilizado em sistemas de rotação de soja e milho, levantando preocupações sobre seu impacto ambiental em meio às mudanças climáticas. Este estudo avaliou a mobilidade do TIA em Latossolo Vermelho utilizando um lisímetro de percolação, com foco no transporte por escoamento e percolação, bem como na retenção e dissipação no solo. Precipitação simulada (150 mm h−1) foi aplicada 24 e 48 horas após a aplicação, na dose recomendada de 0,25 L ha−1 durante a safra de 2020/2021. Análises laboratoriais avaliaram a sorção e dissipação do TIA, utilizando UPLC-DAD para quantificação e categorizando as amostras de solo em tratamentos calcinados e não calcinados. Isotermas de Freundlich indicaram sorção irreversível nas amostras calcinadas e adsorção cooperativa nas não calcinadas. A análise termodinâmica mostrou adsorção endotérmica nas amostras não calcinadas e processos exotérmicos nas calcinadas, com comportamento de adsorção espontânea. Notavelmente, nenhum TIA foi detectado em resíduos de água ou solo, provavelmente devido à baixa matéria orgânica e diluição pela chuva. No entanto, níveis substanciais de TIA foram encontrados em tecidos foliares, indicando uma absorção eficiente pelas plantas. Esses achados destacam a rápida absorção de TIA pelas plantas e os potenciais riscos de chuvas intensas que podem levar à erosão do solo e contaminação da água. Mais pesquisas são necessárias para avaliar os impactos ambientais do TIA, particularmente no que diz respeito aos seus metabólitos.

Abstract in English:

ABSTRACT The insecticide thiamethoxam (TIA) is commonly used in soybean and corn rotation systems, raising concerns about its environmental impact amid climate change. This study evaluated TIA mobility in Oxisol using percolation lysimeter, focusing on the transport by runoff and percolation, as well as the retention and dissipation in the soil. Simulated precipitation (150 mm h−1) was applied 24 and 48 hours post-application at a recommended dose of 0.25 L ha−1 during the 2020/2021 season. Laboratory analyses assessed TIA sorption and dissipation, using UPLC-DAD for quantification and categorizing soil samples into calcined and uncalcined treatments. Freundlich isotherms indicated irreversible sorption in calcined samples and cooperative adsorption in uncalcined ones. Thermodynamic analysis showed endothermic adsorption in uncalcined samples and exothermic processes in calcined ones, with spontaneous adsorption behavior. Notably, no TIA was detected in water or soil residues, likely due to low organic matter and dilution from rainfall. However, substantial TIA levels were found in foliar tissues, indicating efficient plant absorption. These findings highlight the rapid uptake of TIA by plants and the potential risks from intense rainfall that could lead to soil erosion and water contamination. Further research is needed to evaluate TIA's environmental impacts, particularly concerning its metabolites.

Abstract in Portuguese:

RESUMO O método de Chicago é um dos métodos mais utilizados na determinação do hietograma da chuva de projeto para obra de drenagem urbana. Entre as vantagens do método está a facilidade de aplicação e ser baseado nas equações IDF tradicionais. No entanto, a aplicação para outros modelos de equação IDF apresenta limitação. Este trabalho teve como objetivo adaptar e aplicar o hietograma do método Chicago com as equações de chuvas intensas do tipo LnLn. Foram apresentadas as equações para estimativa das intensidades de chuva para duração anterior e posterior ao pico. Também foram adaptadas as equações para a obtenção das laminas acumuladas ou volumes da chuva anterior e posterior ao pico. Com essas informações pode-se obter os blocos de chuva de cada intervalo do hietograma. O método foi aplicado para a determinação do hietograma com base na equação de chuvas intensas da cidade de Piracicaba-SP. As equações aqui apresentadas podem ser podem ser implementadas em planilhas eletrônicas ou rotinas de programação permitindo aos profissionais de Engenharia aplicação de métodos mais adequados aos dados locais.

Abstract in English:

ABSTRACT The Chicago Method is one of the most common methods to determine design rainfall hyetographs for urban drainage infrastructures. Among the advantages of the method is that it is easy to apply and is based on traditional IDF equations. Nevertheless, applications to other IDF equation models presents some limitations. The aim of the present study was to adapt and apply the Chicago hyetograph method with intense rainfall equations of the LnLn type. Equations to estimate rainfall intensity before and after peak duration were presented. In addition, equations to obtain accumulated rainfall before and after peak rainfall volumes were adapted. With this information, we were able to obtain rainfall blocks for each interval of the hyetograph. The method was applied to determine the hyetograph based on the intense rainfall equation for the town of Piracicaba, São Paulo, Brazil. The equations presented here can be implemented on electronic spreadsheets or in programming routines, hence allowing Engineering professionals to apply the most adequate methods to local data.

Abstract in Portuguese:

RESUMO A distribuição temporal dos hietogramas de precipitação de projeto pode ser obtida através de diversos procedimentos. Um desses métodos envolve a utilização de curvas de distribuição temporal para desagregar um valor de precipitação de maior duração em valores cronológicos dentro de intervalos de tempo mais curtos. Isto é demonstrado pelas curvas de distribuição SCS para durações de 6 e 24 horas e pelas conhecidas curvas de Huff. Outra abordagem envolve derivar a distribuição temporal usando métodos de cálculo de hietograma de projeto, como os métodos de Chicago e de blocos alternados, com base em equações de Intensidade-Duração-Frequência (IDF). Este artigo visa combinar essas abordagens e desenvolver equações universais capazes de ajustar com precisão curvas suaves de distribuição temporal da chuva. A vantagem é a substituição de tabelas, como as do SCS e Huff, por equações analíticas, melhorando a usabilidade em planilhas. Além disso, essas equações universais podem determinar uma distribuição temporal da precipitação usando uma equação IDF ou ajustando um hietograma de projeto específico como o Euler tipo II. São fornecidos quatro exemplos numéricos.

Abstract in English:

ABSTRACT The temporal distribution of design rainfall hyetographs can be obtained through various procedures. One such method involves using temporal distribution curves to disaggregate a rainfall value of longer duration into chronological values within shorter time intervals. This is demonstrated by SCS distribution curves for durations of 6 and 24 hours and the well-known Huff curves. Another approach involves deriving temporal distribution using design hyetograph calculation methods, such as the Chicago and alternating block methods, based on Intensity-Duration-Frequency (IDF) equations. This paper aims to combine these approaches and develop universal equations capable of accurately fitting smooth rainfall time distribution curves. The advantage is the replacement of tables, like SCS and Huff, with analytical equations, enhancing usability in spreadsheets. Furthermore, these universal equations can determine the temporal rainfall distribution using an IDF equation or fitting a specified design hyetograph like Euler type II. Four numerical examples are provided.

Abstract in Portuguese:

RESUMO Esta Nota Técnica tem como objetivo apresentar dados de medições de campo realizadas com um Perfilador Acústico de Correntes por Doppler (ADCP, sigla em inglês) durante o nível d’água mais alto registrado no Rio Guaíba. As medições de vazão realizadas nos dias 5 e 6 de maio, com níveis d’água de 5,27 e 5,25 m, resultaram em valores médios de 30.180 e 29.852 m3/s, respectivamente. São apresentados os perfis com a vazão do rio, bem como as leituras de nível d’água dos sensores da Usina do Gasômetro. Esses dados, que podem ser acessados ​​em uma plataforma aberta, tem potencial para contribuir no entendimento da hidrodinâmica do Guaíba e das inundações na Lagoa dos Patos e podem fornecer informações valiosas para a modelagem de cenários de vazão máxima nesses sistemas.

Abstract in English:

ABSTRACT This Technical Note aims to present data from in-situ measurements conducted with Acoustic Doppler Current Profiler (ADCP) under the highest level recorded in the Guaíba River. Flow measurements carried out on May 5th and 6th, with water levels of 5.27 and 5.25 m, resulted in average values of 30,180 and 29,852 m3/s, respectively. The profiles with the river flow are presented, as well as the water level readings at the Usina do Gasômetro gauges. These data can be accessed on a open platform, can contributes to the understanding of the Guaíba's hydrodynamics and the flooding at Patos Lagoon and can provide valuable information for modeling maximum flow scenarios in these systems.

Abstract in Portuguese:

RESUMO Acidentes em adutoras de água, como rompimentos, não só provocam perdas financeiras, como também perdas de água. As mudanças climáticas e a escassez de recursos hídricos colocam como prioridade a necessidade de entender as condições da infraestrutura de transporte de água para prevenir estes prevenir acidentes. O objetivo deste trabalho é apresentar índices de resiliência relacionados com a operação do sistema de água e com os limites operacionais da infraestrutura, para auxiliar os tomadores de decisão na avaliação dos riscos. Os índices de resiliência foram estabelecidos com base em quatro índices decorrentes da simulação do escoamento transitório: pressão máxima, pressão mínima do transitório, volume máximo de ar e máxima força do transitório. A tomada de decisão sobre um problema complexo com muitos parâmetros com base num índice simples não é um processo direto, sendo assim foi utilizada uma técnica de decisão multicritério: o Processo de Analítico Hierárquico (AHP) simplificado de três escalas. Para testar os índices propostos, é apresentado um estudo de caso de uma adutora do município de Franca, Brasil. Para o cálculo dos índices foi simulado o modelo hidráulico do sistema com escoamento transitório. Para o estudo de caso, foram avaliados vários cenários. O cenário sem nenhum dispositivo de proteção ativo é o mais crítico.

Abstract in English:

ABSTRACT Water main bursts not only lead to financial losses, but also water losses. Climate change and water resources scarcity puts in perspective the need to understand the conditions of the water transportation infrastructure to prevent accidents. The objective of this work is to present resilience indices related to the operation of the water system and infrastructure operational limits to aid decision maker to evaluate risk. The resilience indexes were established based on four indexes arising from transient flows simulation: burst pressure, minimum transient pressure, maximum air volume and resultant forces. Decision making on a complex problem with many parameters based on a simple index is not straightforward, therefore we used a multicriteria decision technique to assist, the simplified three-scale Analytic Hierarchy Process (AHP). To test the proposed method, a case study of a trunk main from the municipality of Franca, Brazil is presented. To calculate the indexes a hydraulic model with transient flows of the referred system was simulated. For the case study, a few scenarios were evaluated. The scenario where no protection devices are present is the most critical.

Abstract in Portuguese:

RESUMO Os mapas de inundação produzidos por modelos hidrodinâmicos podem apresentar incertezas devido a imprecisões nos parâmetros de entrada. Por outro lado, os resultados dos modelos de rompimento de barragens são cruciais para a realização de análises de risco de potenciais danos materiais e sociais. Assim, este estudo aplicou uma análise de sensibilidade global (ASG) para avaliar os efeitos do coeficiente de Manning da planície de inundação sobre a mancha gerada pelo rompimento hipotético de uma barragem de água real no software HEC-RAS 2D. Três aspectos dos hidrogramas resultantes: o pico de descarga, tempo de chegada e duração da onda de ruptura, foram analisados por testes de variância. O coeficiente de Manning variou de 0.026 a 0.150, provocando variação de até 54% na vazão de pico a uma distância de 25 km e um aumento do tempo de chegada correspondente a 16 minutos na seção transversal 1 km a jusante da barragem. No entanto, coeficientes de Manning entre 0.026 e 0.050 apresentam resultados estatisticamente semelhantes nos dois aspectos listados acima. Este estudo de caso indicou que o ASG e os testes de variância podem contribuir para análises críticas da adoção do coeficiente de Manning mesmo aqueles criados em configurações simplificadas, e podem ajudar os tomadores de decisão a desenvolver critérios para o planejamento de ações emergenciais.

Abstract in English:

ABSTRACT The flood map outputs from hydrodynamic models may contain uncertainties due to inaccuracies in the input parameters. On the other hand, the results of dam break models are crucial for performing risk analyses of potential material and social damage. Thus, this study applied a global sensitivity analysis (GSA) to evaluate the effects of the floodplain Manning coefficient on the inundation generated by the hypothetical dam break of a real water dam in HEC-RAS 2D. Three aspects of flood output, the peak discharge, the arrival time and the time of flood damping, were analyzed via variance tests. The Manning coefficient varied from 0.026 to 0.150, resulting in a change of up to 54% in the peak discharge at a distance of 25 km and a delayed arrival time corresponding to 16 minutes in the cross section located 1 km downstream of the dam. However, Manning coefficients between 0.026 and 0.050 show statistically similar results in terms of two aspects (the peak discharge and the arrival time). This study indicated that the GSA and variance tests may contribute to critical analyses of Manning coefficient adoption and help decision-makers develop criteria for planning emergency actions.

Abstract in Portuguese:

RESUMO Esta nota técnica apresenta uma análise comparativa entre as chuvas intensas ocorridas no Rio Grande do Sul, entre abril e maio de 2024, com os maiores eventos de chuva já observados no Brasil, entre 1961 e 2022. A análise comparativa foi realizada utilizando a técnica Depth Area Duration, que é adequada para a análise de chuvas intensas em grande escala espacial e temporal. Concluímos que as chuvas ocorridas no Rio Grande do Sul superaram amplamente os eventos de precipitação de larga escala mais intensos historicamente observados no Brasil, de 1961 a 2022, pelo menos para áreas de 2.000 a 100.000 km2 e durações de chuva de 3 a 14 dias. Em alguns casos (chuva de 3 dias em 10.000 km2), a precipitação de 2024 foi 47% maior que o recorde anterior de precipitação. Considerando que não podemos descartar que eventos semelhantes ocorram em nenhuma outra bacia, pelo menos no Sul do Brasil, pode ser necessário rever as regras originais de projeto e operação de estruturas hidráulicas de alto risco e sistemas de defesa contra inundações em toda a região Sul do país.

Abstract in English:

ABSTRACT This technical note presents a comparative analysis between the heavy rainfall that occurred in Rio Grande do Sul, between April and May 2024, with the heaviest rainfall events ever observed in Brazil, between 1961 and 2022. The comparative analysis was performed using the Depth Area Duration technique, suitable for the analysis of heavy rainfall on a large spatial and temporal scale. We concluded that following our analysis, the rainfall that occurred in Rio Grande do Sul largely exceeded the most intense large-scale precipitation events historically observed in Brazil, from 1961 to 2022, at least for areas from 2,000 to 100,000 km2 and rainfall durations of 3 to 14 days. In some cases (3-day rainfall in 10,000 km2) the 2024 rainfall was 47% higher than the previous record rainfall. Considering that we cannot rule out that similar events occur in any other basin, at least in South Brazil, it may be necessary to review the original design and operation rules of high-risk hydraulic structures and flood defense systems throughout the Southern region of the country.