Abstract in Portuguese:

RESUMO Os conjuntos de dados meteorológicos em grade representam uma alternativa valiosa para aplicações hidrometeorológicas, especialmente em áreas com observações terrestres limitadas. No entanto, é importante avaliar esses conjuntos de dados para quantificar sua precisão, erro e viés nas estimativas. O objetivo desta pesquisa foi avaliar o desempenho hidrológico de produtos meteorológicos em grade em bacias do altiplano peruano. Três abordagens de avaliação foram empregadas: 1) pixel-para-ponto, 2) valores médios sobre a bacia e 3) como forçantes no modelamento hidrológico. Utilizando dados de precipitação (P) e evapotranspiração potencial (PET) de AgERA5, ERA5-Land, MERRA-2 e PERSIANN-CDR, comparações foram feitas com 33 estações meteorológicas locais usando métricas estatísticas como coeficiente de correlação (CC), erro quadrático médio (RMSE) e viés percentual (PBIAS). Além disso, o modelo hidrológico GR4J foi aplicado em quatro bacias hidrográficas para avaliar o desempenho do modelo com diferentes combinações de dados. Os resultados mostraram que AgERA5 e ERA5-Land se destacaram na estimativa de precipitação diária, enquanto MERRA-2 teve o menor viés de PET. O uso de dados de referência para P e PET como forçantes do modelo gerou resultados consistentes nas bacias. No entanto, o desempenho diminuiu ao utilizar produtos quadriculados tanto para P quanto para PET, revelando limitações significativas na replicação dos processos hidrológicos e enfatizando a necessidade de aprimorar esses produtos para áreas com dados observacionais limitados.

Abstract in English:

ABSTRACT Gridded meteorological datasets represent a valuable alternative for hydrometeorological applications, especially in areas with limited ground observations. However, it is important to evaluate these datasets to quantify their accuracy, error, and bias in estimates. The objective of this research was to assess the hydrological performance of gridded meteorological products in Peruvian Altiplano basins. Three evaluation approaches were employed: 1) pixel-to-point, 2) basin-averaged values, and 3) as forcings in hydrological modeling. Using precipitation (P) and potential evapotranspiration (PET) data from AgERA5, ERA5-Land, MERRA-2, and PERSIANN-CDR, comparisons were made with 33 local meteorological stations using statistical metrics such as correlation coefficient (CC), root mean square error (RMSE), and percentage bias (PBIAS). Additionally, the GR4J hydrological model was employed in four watersheds to assess model performance with different data combinations. Results showed that AgERA5 and ERA5-Land excelled in daily precipitation estimation, while MERRA-2 had the lowest PET bias. Using reference data for P and PET as model forcings yielded consistent results across basins. However, the performance declined when using gridded products for both P and PET, revealing significant limitations in replicating hydrological processes and emphasizing the need to enhance these products for areas with limited observational data.

Abstract in Portuguese:

Resumo Nosso objetivo é recriar os padrões distintos observados nos canais de rios de leitos de cascalho para estudos envolvendo modelagem física, projetando uma configuração morfológica e investigando a resistência do leito. Utilizamos um canal experimental de 10x0.56x0.4m que reduziu uma proporção natural do rio em 1:20, utilizando areia como material de leito. Utilizando dados de campo e instrumentos de medição como um perfilador a laser e tubo de Pitot, conduzimos um total de 12 testes ao longo de 27 horas. Na fase inicial de 15 horas, monitoramos de perto as deformações e o transporte de sedimentos sob várias taxas de fluxo. Posteriormente, ajustamos as taxas de fluxo e prosseguimos com os testes. Os resultados indicaram que um maior diâmetro do leito móvel levou a um aumento da resistência ao fluxo, evidente em parâmetros como n, f e C. Além disso, observamos a deposição de finos dentro dos vazios entre grãos e notamos um aumento de ks com volume de descarga reduzido, ilustrando a influência na dinâmica do fluxo e no transporte de sedimentos. Além disso, este estudo preliminar fornece insights valiosos sobre os processos físicos que governam o transporte de água e sedimentos, os quais são considerações cruciais para futuros estudos de simulação física.

Abstract in English:

Abstract Our aim is to recreate the distinct patterns observed in gravel-bed river channels for studies involving physical modeling by designing a morphological configuration and investigating bed resistance. We used a 10x0.56x0.4m experimental channel that scaled-down a natural river at a ratio of 1:20, utilizing sand as the bed material. Employing both field data and measuring instruments such as a laser profiler and pitot tube, we conducted a total of 12 tests spanning 27 hours. In the initial 15-hour phase, we closely monitored deformations and sediment transport under various flow rates. Subsequently, we adjusted the flow rates and proceeded with testing. The results indicated that a larger diameter of the movable bed led to increased flow resistance, evident in parameters like n, f, and C. Additionally, we observed the deposition of fines within intergrain voids and noted an increase in ks with reduced discharge volume, illustrating the influence on flow dynamics and sediment transport. Furthermore, this preliminary study provides valuable insights into the physical processes governing water and sediment transport, which are crucial considerations for future physical simulation studies.

Abstract in Portuguese:

RESUMO Esse estudo investiga numericamente os efeitos da operação da tomada d’água do reservatório Castanhão, Ceará, Brasil. Primeiramente, foi realizada a modelagem hidráulica transiente utilizando o ALLIEVI. Os resultados indicaram que, mesmo para as condições de fechamento mais rápido da válvula da tomada d’água, o impacto dos transientes hidráulicos foi desprezível. Em seguida, foram realizadas simulações de dinâmica de fluidos computacional (CFD) utilizando o FLUENT para investigar os padrões de fluxo induzidos próximos à captação de água. Com os valores de turbulência obtidos, um modelo empírico em função da energia cinética turbulenta foi aplicado para avaliar os limiares para ressuspensão de sedimentos. Os resultados mostraram que o fluxo convergente em direção à tomada d’água gerou turbulência suficiente no fundo do reservatório para ressuspender o sedimento. Entretanto, a extensão longitudinal da ressuspensão foi limitada às áreas relativamente próximas à tomada d’água. Finalmente, simulações de CFD foram realizadas sob condições bem misturadas e estratificadas termicamente/quimicamente, considerando diferentes vazões de retirada. Para baixas vazões, a maior parte do fluxo foi retirada das camadas de água superiores. Por outro lado, para altas vazões, um fluxo significativo também foi retirado das camadas de água inferiores. Como resultado desses diferentes padrões de escoamentos induzidos, os valores dos parâmetros de qualidade da água na saída aumentaram até cerca de 30% para condições de água estratificada.

Abstract in English:

ABSTRACT This study investigates numerically the effects of the water intake operation of Castanhão reservoir, Ceará, Brazil. First, transient hydraulic modelling was carried out using ALLIEVI. The results indicated that, even for the fastest closing conditions of the water intake valve, the impact of hydraulic transients was negligible. Next, computational fluid dynamics (CFD) simulations were performed using FLUENT to investigate the induced flow patterns approaching the water intake. With the turbulence values obtained, an empirical model as a function of the turbulent kinetic energy was applied to assess the thresholds for sediment resuspension. The results showed that the converging flow towards the water intake generated enough turbulence at the bottom of the reservoir to resuspend the sediment. However, the longitudinal extent of resuspension was limited to the areas relatively close to the intake. Finally, CFD simulations were carried out under well-mixed and thermally/chemically stratified conditions and for different withdrawal rates. For low rates, most of the flow was withdrawn from the upper water layers. Contrastingly, for high flow rates, a significant flow was also withdrawn from the lower water layers. As a result, the values of water quality parameters at the outlet increased up to about 30% for stratified water conditions.

Abstract in Portuguese:

Resumo Este estudo avaliou o desempenho do Modelo Climático Regional Eta em reproduzir o clima sazonal na América do Sul, com foco nas bacias dos rios Madeira, São Francisco e Paraná. Para isso, foi construído um conjunto de previsões climáticas sazonais retrospectivas de dez anos, com horizonte de previsão de seis meses na resolução horizontal de 20 km, forçadas pelas condições de contorno lateral do modelo CFSv2. Além do downscaling dinâmico, as saídas de precipitação e temperatura a 2 metros passaram por um downscaling estatístico através da aplicação de correção de viés. Os resultados indicaram que o modelo Eta conseguiu reproduzir de forma razoável os padrões de precipitação e temperatura na região, com alguns erros que foram reduzidos pelo downscaling estatístico. As métricas de avaliação mostraram maior desempenho das previsões nas regiões norte e central do continente. Embora tenha mostrado desempenho misto para eventos extremos—baixo na bacia do Paraná e limitado, mas útil, nas bacias do Madeira e São Francisco—o sistema desenvolvido com o modelo Eta demonstra maior habilidade e valor agregado em comparação ao modelo condutor, indicando potencial para apoiar a gestão de recursos hídricos na América do Sul.

Abstract in English:

Abstract This study aimed to evaluate the performance of the Eta Regional Climate Model in reproducing the seasonal climate over South America for the rainy season from November until April, with emphasis on the Madeira, São Francisco, and Paraná river basins. For this purpose, a 10-year set of 6-month range seasonal hindcasts was produced using the Eta Regional Climate Model at 20-km horizontal resolution driven by the CFSv2 forecasts. In addition to dynamical downscaling, the precipitation and 2-meter temperature were statistically downscaled by applying a Quantile Mapping bias correction. The Eta model forecasts reasonably reproduced the precipitation and temperature patterns in the region, with some errors that were reduced by the statistical downscaling. Precipitation skill scores are higher in the northern and central areas of the continent. Although it has shown mixed performance for extreme events—low in the Paraná basin and limited but useful in the Madeira and São Francisco basins—the dynamical-statistical system developed with the Eta model shows higher skill and added value over the driver model, indicating potential to support water resources management in South America.

Abstract in Portuguese:

RESUMO A análise de frequência de chuvas requer a seleção de um modelo probabilístico adequado para representar os dados amostrais e realizar as estimativas de projeto. Diversas distribuições de probabilidade estão disponíveis para essa finalidade, mas ainda não há consenso sobre qual é a mais apropriada. No Brasil, distribuições como Log-Normal, Gumbel e Generalizada de Valores Extremos (GEV) são frequentemente empregadas, enquanto modelos menos convencionais, como Kappa (KAP) e Wakeby (WAK), necessitam de mais investigação. Este estudo realiza uma avaliação comparativa das distribuições Gumbel, GEV, KAP e WAK para modelar eventos extremos de precipitação no estado do Paraná, escolhidas por sua capacidade de representar uma ampla gama de tipos de dados pluviométricos. Adicionalmente, foi aplicada uma metodologia alternativa para derivar as equações de intensidade-duração-frequência (IDF). Os resultados demonstram que a distribuição GEV apresentou desempenho comparável às distribuições WAK e KAP, enquanto superou a distribuição Gumbel. Além disso, o parâmetro de forma da distribuição GEV exerceu um efeito significativo na precisão das estimativas das relações IDF.

Abstract in English:

ABSTRACT Frequency analysis of rainfall involves selecting a probabilistic model to represent sample data and perform design estimates. Various probability distributions are available for this purpose, but there is no general consensus on the most appropriate one. In Brazil, distributions such as Log-Normal, Gumbel, and Generalized Extreme Value (GEV) are commonly used, while less conventional models like Kappa (KAP) and Wakeby (WAK) require further investigation. This study provides a comparative evaluation of the Gumbel, GEV, KAP, and WAK distributions for modeling extreme precipitation events in the state of Paraná, selected for their ability to represent a broad range of rainfall data types. Additionally, an alternative methodology was applied to derive Intensity-Duration-Frequency (IDF) equations. The results demonstrate that the GEV distribution exhibited performance comparable to the WAK and KAP distributions, while outperforming the Gumbel distribution. Furthermore, the shape parameter of the GEV distribution exerted a significant effect on the accuracy of IDF relationship estimations.

Abstract in Portuguese:

RESUMO Este estudo desenvolveu uma metodologia estruturada e de fácil compreensão para avaliação de alternativas de sistemas de abastecimento de água urbanos sujeitas à variabilidade climática e incertezas profundas. O balanço hídrico em todas as alternativas foi calculado de 2021 a 2060 usando a plataforma Water Evaluation And Planning System (WEAP), incorporando técnicas de tomada de decisão sob incerteza profunda. Um conjunto de cenários de condições climáticas e fatores de incerteza profunda foi definido como um estado do mundo para a comparação do desempenho entre as alternativas. O procedimento estabeleceu objetivos do sistema (minimização de falhas de atendimento, consumo de energia e falhas de reservatórios) e critérios para a avaliação entre as alternativas. A metodologia foi aplicada ao Sistema de Abastecimento de Àgua Urbano no Distrito Federal do Brasil, revelando que uma alternativa de abastecimento demonstrou um melhor desempenho geral sob uma perspectiva multiobjetivo. No entanto, se o objetivo for apenas minimizar a intensidade das falhas de atendimento, uma configuração de abastecimento diferente se mostra mais eficaz. A metodologia permite a seleção da condição que melhor atende aos objetivos e prioridades da concessionária de água ao escolher um objetivo específico. Foi possível ilustrar as compensações que surgem da seleção de objetivos específicos durante a avaliação.

Abstract in English:

ABSTRACT This study developed a structured, easy-to-understand methodology for evaluating urban water supply system alternatives subject to climate variability and deep uncertainties. The water balance in all alternatives was computed from 2021 to 2060 using the Water Evaluation And Planning System (WEAP) platform and incorporating decision making under deep uncertainty (DMDU) techniques. A scenario ensemble of climate conditions and deep uncertainty factors was defined as a state of the world (SOW) for the comparison of performance among the alternatives. The procedure stablished system objectives (minimizing service failure, energy consumption and reservoir failures) and criteria to guide the evaluation among the alternatives. The methodology was applied to the urban water supply system (UWSS) in the Federal District of Brazil, revealing that one specific supply option demonstrated the best overall performance from a multi-objective perspective. However, if the goal is strictly to minimize the intensity of service failures, a different supply configuration emerges as the more effective choice. The methodology allows the selection of the condition that best meet the objectives and priorities of the water utility by choosing specific objective. It was possible to illustrate the tradeoffs that arise from the selection of specific objectives during the evaluation.

Abstract in Portuguese:

RESUMO As ações humanas têm causado múltiplos estresses ecológicos que afetam as biotas nativas. Os biofilmes de rios são grandes agregados compostos por uma ampla gama de organismos. Nos recursos hídricos, os biofilmes estão sujeitos às variações hidrológicas, que podem influenciar os processos das colônias. Este estudo teve como objetivo verificar o estado da arte sobre a relação entre variáveis hidrológicas e biofilmes naturais de rios, por meio de uma revisão de literatura. Os resultados mostram que a variável hidrológica mais recorrente em estudos foi a vazão/fluxos, enquanto para o biofilme a formação de biomassa foi a variável mais frequente. Por representarem uma parcela do início da cadeia trófica, há urgência em verificar os efeitos sinérgicos aos quais os biofilmes estão submetidos em ambientes naturais. Espera-se que esta revisão mostre as abordagens utilizadas para compreender estas relações, e ainda, amplie o cenário atual de pesquisas, para a elucidação de lacunas a serem preenchidas.

Abstract in English:

ABSTRACT Human actions are caused by multiple ecological stresses that affect native biotas. River biofilms are large aggregates composed of a wide range of organisms. In water resources, biofilms are subject to hydrological variations, which can influence colony processes. This study aimed to verify the state of the art on the relationship between hydrological variables and natural river biofilms, through a literature review. The results show that the most recurrent hydrological variable in studies was discharge/fluxes, while for biofilms, biomass formation was the most frequent variable. Because they represent a portion of the beginning of the trophic chain, there is an urgent need to verify the synergistic effects to which biofilms are subjected in natural environments. It is expected that this review will show the approaches used to understand these relationships, and also expand the current research scenario, to elucidate gaps to be filled.

Abstract in Portuguese:

RESUMO O objetivo deste estudofoi avaliar a viabilidade do uso do tojo (Ulex europaeus) na produção de malhas abertas para proteção e revegetação do solo. Esta espécie foi introduzida há vários anos para a criação de cercas naturais. No entanto, devido à sua fácil propagação, causa impactos negativos nos ecosistemas de paramo Colômbia. Por essa razão, entidades governamentais trabalham para erradicar a planta, o que gera grandes quantidades de resíduos e custos adicionais. Para agregar valor a esses resíduos,propôs-se desenvolver malhas de trama aberta a partir de fibras extraídas do caule do arbusto. Para isso, os caules foram caracterizados inicialmente para definir usos potenciais, incluindo testes físicos e mecânicos que avaliaram seu desempenho em laboratório, simulando condições de exposição em campo, em contato com solo e água. Os resultados indicaram que, por meio da extração das fibras, foi possível reaproveitar até 60% dos resíduos, especialmente quando os caules estavam em estágios de maturação avançada. Essas malhas apresentaram um comportamento mecânico confiável. .

Abstract in English:

ABSTRACT This study aimed to assess the feasibility of using common gorse (Ulex europaeus) to produce weaving meshes for soil protection and revegetation. This species was imported several years ago for creating natural fences. However, due to its easy propagation, generates negative impacts on Colombian moor ecosystems. Hence, governmental agencies are struggling with eradicating this shrub, generating lot of waste and additional costs. Thus, to add value, was proposed as an alternative to transform such waste for to develop open weave meshes using fibers extracted from the shrub stem. In doing so, the first stems were characterized to define potential uses. This involved physical and mechanical tests that evaluate performance in the laboratory, simulating field exposure conditions in contact with the soil and water. Results showed that, through fiber extraction, 60% of waste reuse was achieved when stems were in mature stages. This meshes accounted for a reliable mechanical behavior.

Abstract in Portuguese:

RESUMO Sob condições naturais de ocorrência, o fenômeno da cavitação torna-se difícil de medir, essencialmente, devido às características nas quais o fluxo se encontra, ou seja, fluxos de alta velocidade e pressões locais abaixo das pressões de vaporização do líquido. Estudos utilizando dispositivos de cavitação tipo Venturi, que fornecem a análise desse fenômeno em condições mais próximas das quais os materiais de revestimento de superfícies de concreto são submetidos. Assim, a presente pesquisa, utilizando um dispositivo de cavitação, com uma velocidade de fluxo (V) de 30 m/s e um fluxo de descarga de 60 l/s, analisou os danos causados às superfícies de blocos de concreto com uma relação água/cimento (a/c) de 0,35; 0,45; 0,50 e 0,65. Os testes foram realizados na instalação experimental do Laboratório de Obras Hidráulicas da Universidade Federal do Rio Grande do Sul (LOH/UFRGS). Os resultados da profundidade máxima de dano (hmáx.) foram correlacionados aos parâmetros característicos do concreto e do fenômeno da cavitação por meio da aplicação de estudos já bem fundamentados por Peterka (1953); Gal’perin et al. (1971) e Kudriashov (1983). Finalmente, novas ferramentas gráficas para analisar os danos decorrentes do fluxo cavitante em superfícies de concreto foram obtidas de acordo com a resistência média à compressão nos concretos testados.

Abstract in English:

ABSTRACT Under natural conditions of occurrence, the phenomenon of cavitation becomes difficult to measure due, essentially, to the characteristics in which the flow is found, that is, high-speed flows and local pressures below the vaporization pressures of the liquid. Studies using type -Ventury cavitation devices, which provide the analysis of this phenomenon in conditions closer to those to which concrete surface coating materials are subjected. Thus, the present research, using cavitation device, with a flow of velocity (V) of 30 m/s and a discharge flow of 60 l/s, analyzed the damage caused to the surfaces of concrete blocks with a water/cement ratio (w/c) of 0.35; 0.45; 0.50 and 0.65. The tests were carried out in the experimental installation of the Laboratório de Obras Hidráulicas of the Universidade Federal do Rio Grande do Sul (LOH/UFRGS). The results of maximum damage depth (hmáx.) were correlated to the characteristic parameters of the concrete and the cavitation phenomenon through the application of already well-founded studies by Peterka (1953); Gal’perin et al. (1971) and Kudriashov (1983). Finally, new graphical tools for analyzing damage arising from cavitating flow on concrete surfaces were obtained according to the average compressive strength in the concretes tested.

Abstract in Portuguese:

Resumo O trabalho foi elaborado no âmbito da gestão das bacias hidrográficas dos rios Quaraí e Pardo, ambos no Estado do Rio Grande do Sul (RS). Os objetivos do artigo são: avaliar os planos de bacia hidrográfica dos referidos comitês, realizar um diagnóstico da implementação das ações e propor uma metodologia de autoavaliação do referido instrumento de gestão. Conclui-se que foi possível avaliar os planos de bacia hidrográfica e identificar falhas e insuficiências nas suas caracterizações e níveis de implementação das ações.

Abstract in English:

Abstract The work was carried out within the scope of the management of the hydrographic basins of the Quaraí and Pardo rivers, both in the State of Rio Grande do Sul, In view of the above, the objective of the present study was to analyze the characteristics, approach to environmental services and level of implementation of river basin plan actions in RS. The Delphi method was applied to 31 participants from two river basin committees, aiming to obtain consensus on the characterization and implementation stages of the respective river basin plans. It is concluded that it was possible to evaluate the river basin plans and identify flaws and insufficiencies in their characterizations and levels of action implementation.

Abstract in Portuguese:

RESUMO Produtos de precipitação por satélite podem ser uma alternativa importante para a determinação de equações IDF em regiões não monitoradas, em busca de sistemas hidráulicos mais resilientes aos impactos das inundações. Este trabalho avaliou as estimativas de precipitação do produto CHIRPS para a determinação de equações IDF na Mesorregião Sul Baiano. As métricas estatísticas utilizadas foram o Bias Percentual (PBIAS), a Raíz do Erro Quadrático Médio (RMSE), o Erro Absoluto Médio (MAE), e o coeficiente de eficiência de Nash-Sutcliffe (NSE). Os resultados indicam que o CHIRPS não apresenta desempenho satisfatório em seu estado original, mas pode fornecer equações IDF razoáveis se o viés dos dados for corrigido. A partir de um modelo de regressão linear, foi proposto um método de correção de viés que pode ser aplicado em áreas não monitoradas da região estudada, apresentando desempenho melhor que equações IDF fornecidas pelo Pluvio 2.1 (RMSE 45,27% menor; MAE 46,31% menor).

Abstract in English:

ABSTRACT Satellite-based precipitation products can be an important alternative for developing IDF equations in ungauged regions, in search for more flood-resilient hydraulic systems. This study evaluated precipitation estimates from the product CHIRPS for developing IDF equations in the Southern Bahia Mesoregion. The statistical metrics used were Percent Bias (PBIAS), Root Mean Square Error (RMSE), Mean Absolute Error (MAE), and the Nash-Sutcliffe Efficiency coefficient (NSE). The results indicate that CHIRPS does not perform satisfactorily in its original state, but it can provide reasonable IDF equations if the data bias is corrected. Based on a linear regression model, a bias correction method was proposed, which can be applied in ungauged areas of the studied region, showing better performance than IDF equations provided by the software Pluvio 2.1 (RMSE 45.27% lower; MAE 46.31% lower).

Abstract in Portuguese:

RESUMO As mudanças ambientais que ocorrem no planeta contribuem para desastres que resultam em perda de vidas e problemas socioeconômicos severos. Em áreas urbanas, o aumento da impermeabilização do solo leva a um aumento notável no escoamento das águas pluviais e na frequência de inundações e alagamentos, causando numerosos problemas físicos, sociais e financeiros. Estudos têm se dedicado a mapear a suscetibilidade a inundações e alagamentos utilizando diversas metodologias. Neste estudo, identificamos que o uso das metodologias de Machine Learning (ML) utilizadas para avaliar inundações e alagamentos requer uma ampla variedade de fatores de entrada para impulsionar seus processos. Assim, este estudo revisa a literatura de referência para organizar, classificar e qualificar os artigos selecionados, e em seguida realizar análises lexicométricas. Os artigos coletados foram revisados por pares e tratam da produção de mapas de suscetibilidade a enchentes em áreas urbanas utilizando metodologias de AM. Através desse processo, foi possível identificar abordagens teóricas e metodológicas atuais, bem como compreender o estado da arte nos estudos sobre enchentes e inundações urbanas.

Abstract in English:

ABSTRACT Environmental changes occurring on the planet contribute to disasters that result in loss of life and severe socioeconomic problems. In urban areas, the increasing imperviousness of the soil leads to a notable rise in stormwater runoff and the frequency of floods and inundations, causing numerous physical, social, and financial issues. Studies have aimed to map flood and inundation susceptibility using various methodologies. Here, we identify that the use of Machine Learning (ML) methodologies in flood studies requires a large variety of input factors to drive its processes. Thus, this study reviews the reference literature to organize, classify, and qualify selected articles, and then perform a lexicometric analyses. The collected peer-reviewed articles address the production of susceptibility maps for flooding in urban areas using ML methodologies. Through this process, it was possible to identify current theoretical and methodological approaches, as well as to understand the state of the art in flood and urban flooding studies.

Abstract in Portuguese:

RESUMO O preenchimento preciso dos dados hidroclimatológicos ausentes é crucial para a gestão eficaz dos recursos hídricos, especialmente em regiões remotas como a Orinoquía, na Colômbia. Este estudo propõe um método para imputar dados mensais de fluxo de água de 1985 a 2020, aplicando a Análise de Componentes Principais Não Lineares (ACPNL) combinada com dados de precipitação do CHIRPS. Foram realizadas análises de sensibilidade que revelaram que a inclusão da precipitação como uma variável exógena aumenta significativamente a precisão da imputação. O método foi aplicado em quatro estações hidrométricas na bacia do rio Cravo Sur, com taxas de dados ausentes variando de 5% a 63%. O desempenho dos dados imputados foi avaliado usando coeficientes de correlação de Spearman (0,95-0,99), BIAS (0,2% a -2,1%) e valores de erro quadrático médio (RMSE) (0,79 a 1,93 m3/s). Esses resultados demonstram a robustez e a adaptabilidade do método em condições hidroclimáticas variadas na região da Orinoquía.

Abstract in English:

ABSTRACT Completing missing hydroclimatological data is crucial for effective water resource management, especially in remote regions such as Colombia's Orinoquía. This study proposes a method for imputing monthly streamflow data from 1985 to 2020 by applying Nonlinear Principal Component Analysis (NLPCA) combined with CHIRPS precipitation data. Sensitivity analyses revealed that including precipitation as an exogenous variable significantly enhances imputation accuracy. The method was applied to four hydrometric stations in the Cravo Sur River basin, with missing data rates ranging from 5% to 63%. The performance of the imputed data was evaluated using Spearman correlation coefficients (0.95-0.99), BIAS (0.2% to -2.1%), and root mean square error (RMSE) values (0.79 to 1.93 m3/s). These results demonstrate the method's robustness and adaptability across varied hydroclimatic conditions within the Orinoquía region.

Abstract in Portuguese:

RESUMO A avaliação da erosão do solo é essencial devido ao seu impacto significativo no ambiente e na sociedade. Esta investigação aborda a falta de dados medidos sobre a erosão do solo no Norte de África, introduzindo uma metodologia que utiliza a Equação Universal Revisada de Perda de Solo (RUSLE) e o Rácio de Libertação de Sedimentos (SDR) para estimar a erosão do solo e a produção de sedimentos. Servindo como exemplo ilustrativo e estudo de caso, este estudo contribui para o contexto mais alargado da investigação sobre a erosão em regiões sub-húmidas. Factores-chave como a erosividade da precipitação (fator R), a erodibilidade do solo (fator K), o comprimento do declive e o fator de inclinação (fator LS) e o fator de cobertura vegetal (fator C) foram calculados e cartografados utilizando ferramentas SIG. O mapa de erosão do solo gerado foi validado utilizando a análise ROC (Receiver Operating Characteristic). Os resultados mostraram valores médios de erosividade da precipitação de 148,02 MJ.mm.ha-1.h-1.yr-1 e erodibilidade do solo de 0,034 t.ha-1.Mj-1.mm-1. As encostas mais íngremes apresentaram valores de LS mais elevados, acima de 20, com um impacto positivo notável do fator de cobertura vegetal, que contribuiu com cerca de 16% para a mitigação da erosão do solo. A perda média anual de solo foi de 6,81 t∙ha-1∙yr-1 com um SDR de cerca de 45%, resultando numa produção.

Abstract in English:

ABSTRACT Evaluating soil erosion is vital due to its significant environmental and societal impact. This research addresses the scarcity of measured data on soil erosion in North Africa by introducing a methodology using the Revised Universal Soil Loss Equation (RUSLE) and the sediment delivery ratio (SDR) to estimate soil erosion and sediment yield. Serving as an illustrative example and case study, this study contributes to the broader context of erosion research in subhumid regions. Key factors including rainfall erosivity (R-factor), soil erodibility (K-factor), slope length-steepness factor (LS-factor), and vegetation coverage factor (C-factor) were computed and mapped using GIS tools. Validation of the generated soil erosion map was performed using Receiver Operating Characteristic (ROC) analysis. Results showed mean values of rainfall erosivity at 148.02 MJ.mm.ha-1.h-1.yr-1 and soil erodibility at 0.034 t.ha.h.ha−1.Mj−1.mm−1. Steeper slopes exhibited higher LS-values exceeding 20, with a notable positive impact of vegetation coverage factor contributing approximately 16% to mitigating soil erosion. The mean annual soil loss was 6.81 t∙ha−1∙yr−1 with an SDR of about 45%, resulting in a sediment yield of 3.07 t∙ha−1∙yr−1. The Williams and Berndt model emerged as the most suitable for estimating SDR, with an AUC value of 0.736, indicating good accuracy. This study underscores the importance of using modeling frameworks to better understand erosion and sediment processes and guide sustainable conservation practices.

Abstract in Portuguese:

RESUMO Neste artigo é proposto um método para identificar quebre de ondas em águas rasas. O método usa a série temporal da elevação da superfície local e cria uma nova série temporal calculada a partir do espectro de energia local usando a transformada wavelet (ondaleta) do sinal de entrada que quantifica a presença de frequências tipicamente presentes em ondas arrebentando. Um experimento de laboratório em um canal de ondas irregulares foi conduzido e usado para testar o método em três regiões do canal, nas quais: (a) nenhuma onda estava arrebentando; (b) aproximadamente 30% das ondas estavam arrebentando; (iii) e a quase totalidade das ondas estavam arrebentando. O método foi testado estatisticamente na sua habilidade em identificar ondas arrebentando, com a ajuda do fato de que todas as ondas passando pelos pontos monitorados foram visualmente identificadas com arrebentando ou não-arrebentando. O método se mostrou acurado para a maioria dos casos e apenas falha quando a onda está na iminência de quebrar.

Abstract in English:

ABSTRACT In this paper we propose a method to identify breaking waves in shallow water. The method takes the local surface elevation time series and creates a new time series computed from the local energy spectrum using the wavelet transform of the input signal which quantifies the frequencies typically present in breaking waves. A laboratory experiment in a random wave flume was conducted and used to test the method in three positions along the tank, where: (a) no waves were breaking; (b) about 30% of the waves were breaking; (c) and nearly all waves were breaking. The method was statistically tested for its ability to correctly identify breaking waves, using the fact that all waves passing the gauge locations along the shoaling process were visually identified and marked as breaking or nonbreaking. The method proved itself accurate for most cases, and only misses when waves are on the verge of breaking.

Abstract in Portuguese:

RESUMO O conhecimento da bacia hidrográfica é fundamental para estudos hidrológicos. Esse trabalho investiga a influência de características topográficas e hidrológicas em bacias do extremo sul do Brasil sobre os eventos de inundação, que são recorrentes na região. As bacias foram separadas de acordo com a sua exposição a inundações e as diferenças de suas características foram avaliadas e comparadas. Os resultados indicam que bacias mais largas, com maior área, perímetro e drenagem são mais expostas a inundação, com perfil de relevo na planície de inundação mais próximo do formato da letra “U” e maior área inundável, diferente das bacias menos expostas, com um relevo mais próximo do formato da letra “V”. Além disso, as vazões específicas das bacias mais expostas têm valores menores que as das bacias menos expostas, indicando uma possível atenuação das cheias pela planície de inundação. Essas descobertas colaboram com o gerenciamento preliminar de bacias hidrográficas e avaliação de risco de inundações.

Abstract in English:

ABSTRACT Understanding the characteristics of watersheds is fundamental for hydrological studies. This study investigates the influence of topographic and hydrological features in watersheds located in the extreme south of Brazil about flood events, which are recurrent in the region. Watersheds were classified based on their exposure to flooding, and differences in their characteristics were analyzed and compared. The results indicate that greater watersheds, with larger area, perimeter, and drainage network, are more exposed to flooding. These watersheds exhibit a floodplain relief profile resembling a “U” shape and possess a larger floodable area, in contrast to less exposed watersheds, which display a “V”-shaped relief profile. Furthermore, the specific discharge values of the more exposed to flooding watersheds are lower than those of the less exposed watersheds, suggesting that the larger floodplain area may contribute to flood attenuation. These findings offer valuable insights for preliminary watershed management and flood risk assessment.

Abstract in Portuguese:

RESUMO Modelos baseados em física para previsão espacial de inundações são caros em termos de tempo e processamento computacional. Modelos baseados em dados, embora mais rápidos, requerem grandes quantidades de dados para ajuste. Este estudo apresenta uma metodologia original que combina essas duas abordagens, utilizando um modelo baseado em física (HEC-RAS 2D), ajustado com eventos conhecidos, para gerar dados de profundidade de água em pontos de controle, e redes neurais artificiais (ANNs) de múltiplas saídas para previsão de inundação nesses pontos. O desempenho das ANNs nesta pesquisa, com aplicação na área urbana de Lages-SC, resultou em erros médios absolutos de 3,9, 9,8 e 46 cm, com coeficientes de Nash-Sutcliffe correspondentes de 0,99, 0,98 e 0,75, para horizontes de previsão de 3 h, 8 h e 20 h, respectivamente. As ANNs de múltiplas saídas demonstraram maior robustez em comparação com ANNs de saída única para a previsão espacializada de inundações. A metodologia é adequada para o desenvolvimento de modelos de previsão de inundações urbanas, com agilidade suficiente para que as medidas necessárias sejam tomadas.

Abstract in English:

ABSTRACT Physically based models for spatial flood prediction are time and computationally expensive. Data-driven models, while faster, require large amounts of data for adjustment. This study presents an original methodology combining these two approaches, using a physically-based model (HEC-RAS 2D), adjusted with known events, to generate water depth data at control points and multi-output artificial neural networks (ANNs) for flood forecasting at these points. The performance of the ANN in this research, with application to the urban area of Lages-SC, southern Brazil, resulted in average mean absolute errors of 3.9, 9.8, and 46 cm, with corresponding Nash-Sutcliffe coefficients of 0.99, 0.98, and 0.75 at lead times of 3 h, 8 h, and 20 h, respectively. Multi-output ANNs exhibited greater robustness compared to single-output ANNs for spatial flood prediction. The methodology is suitable for developing models for spatial predictions of urban flooding, with sufficient agility to take necessary measures.

Abstract in Portuguese:

Resumo A calibração é fundamental para garantir a precisão dos modelos hidráulicos, ajustando os parâmetros hidráulicos para representar sistemas reais de forma confiável. Este trabalho apresenta a implementação do método de busca evolucionário Particle Swarm Optimization Modificado e Híbrido com ‘fmincon’ (PSO-HM) para propor soluções eficientes e robustas para grandes redes. O PSO-HM foi aplicado na calibração multivariável e multiobjetivo, estimando os parâmetros hidráulicos com base na pressão dos nós e na vazão dos dutos, através da minimização da função objetivo. A metodologia foi validada com a calibração da rugosidade e demanda do Sistema Piloto de Distribuição de Água (SPDA) no Laboratório de Eficiência Energética em Hidráulica (LENHS) e da rugosidade da rede de Benchmark C-Town. O algoritmo de calibração, focado na busca ótima local da rugosidade e demanda, alcançou resultados satisfatórios na calibração dinâmica com um erro de 0,016% para a pressão e 0,1% para a vazão. Os resultados demonstram a eficiência computacional e a robustez do PSO-HM em comparação com o algoritmo genético, calibrando parâmetros hidráulicos com baixo custo computacional, mesmo para grandes redes de abastecimento.

Abstract in English:

Abstract Calibration is essential to ensure the accuracy of hydraulic models, adjusting hydraulic parameters to reliably represent real systems. This work presents the implementation of the Modified Hybrid Particle Swarm Optimization with ‘fmincon’ (PSO-HM) evolutionary search method to propose efficient and robust solutions for large networks. PSO-HM was applied in multivariate and multiobjective calibration, estimating hydraulic parameters based on node pressure and pipeline flow rate, through minimization of the objective function. The methodology was validated with the calibration of the roughness and demand of the Water Distribution Pilot System (WDPS) at the Hydraulic Energy Efficiency Laboratory (LENHS) and the roughness of the C-Town Benchmark network. The calibration algorithm, focused on the local optimal search for roughness and demand, achieved satisfactory results in the dynamic calibration with error 0.016% for pressure and 0.1% for flow. The results demonstrate the computational efficiency and robustness of PSO-HM compared to the genetic algorithm, calibrating hydraulic parameters with low computational cost, even for large supply networks.

Abstract in Portuguese:

RESUMO O presente trabalho apresenta uma nova abordagem para a modelagem hidrológica, baseada no agrupamento de cheias. Combinada às técnicas de Aprendizagem de Máquina, a pesquisa visa otimizar a simulação de vazões, por meio do aumento da similaridade dos dados de cada grupo. Usando as vazões médias diárias de 1964 a 2015 em União da Vitória (bacia hidrográfica do rio Iguaçu, Paraná, Brasil), o algoritmo Fuzzy C-Means agrupou os eventos de cheia em três grupos. Assim, foram treinados cinco modelos: um para a série completa, um para todas as cheias e um para cada grupo. O algoritmo de Regressão por Vetores de Suporte foi aplicado para obtenção dos modelos de Inteligência Artificial (IA), que apresentaram melhor desempenho ao prever vazões para os grupos em que foram treinados e apresentaram desempenho similar ao modelo treinado com a série completa para um horizonte de previsão de um dia. Este artigo discute somente os resultados obtidos nas fases de treinamento e teste. Um trabalho futuro (em elaboração) apresentará o desenvolvimento e a avaliação dos modelos de previsão, com base na metodologia proposta.

Abstract in English:

ABSTRACT This paper presents a new hydrological modeling approach for discharge prediction based on flood clustering. Combined with Machine Learning techniques, river flow simulation is optimized through increased data similarity within clusters. Using daily mean discharge from 1964 to 2015 in União da Vitória (Iguaçu River basin, Paraná State, Brazil), the Fuzzy C-Means algorithm clustered flood events into three groups. So, five models were trained: one for the complete series, one for all flood events, and one for each cluster. The Support Vector Regression algorithm was used to develop Artificial Intelligence (AI) models, that had better performance in predicting discharge for each group they were trained and showed similar efficiency to the model trained for the entire series for a 1-day forecast time. The present paper discusses only the results from the training and testing phases. A future paper (in elaboration) will present the development and evaluation of the flow forecast models based on the proposed methodology.

Abstract in Portuguese:

RESUMO Estudos anteriores de detecção de tendências em vazões realizados no Brasil não cobriram totalmente o recente período de múltiplos episódios de seca espalhados pelo país. A maioria dos estudos focaram a detectação de tendências monotônicas e poucos de mudanças abruptas de nível. Aqui, fornecemos um estudo atualizado de tendência e mudança de nível na vazão média anual de longo prazo (LTMAF) com base em avaliações do modelo simples de tendência linear e de um modelo de curva S para mudança de nível com duração flexível. Usamos uma seleção de 52 séries históricas de vazões afluentes mensais naturalizadas para usinas hidrelétricas (UHEs) brasileiras atualizadas até dezembro de 2023. A seleção considerou apenas séries temporais de UHEs com cabeceiras sem regularização e descartou os primeiros anos do registro histórico com muitos dados preenchidos. A metodologia considerou estatísticas t para os cálculos usuais de níveis de significância estatística. As magnitudes dos coeficientes de regressão foram interpretadas qualitativamente em termos de “significâncias práticas”. A aplicação do modelo de curva S encontrou apenas casos de mudança de nível com longa duração fornecendo essencialmente as mesmas conclusões que o modelo de tendência linear. Taxas de tendência moderadas e grandes foram detectadas em 47 séries, sendo 33 casos de taxas negativas e 14 casos de taxas positivas. O descarte dos primeiros anos dos registos históricos resultou em taxas de tendências mais dispersas e reduzidas, aumentando o número de casos de tendências negativas.

Abstract in English:

ABSTRACT Previous Brazilian streamflow trend detection studies didn´t fully covered the notable recent period of multiple drought episodes over the country. Most studies focused on detecting monotonic trends and few on abrupt changes of level (shifts). We provide an updated study on trends and shifts of long-term mean annual flow (LTMAF) based on the simplistic linear trend and on an S-shaped shift with flexible duration. We used a set of selected 52 time series of naturalized monthly inflows for Brazilian hydropower plants (HPPs) updated until DEC 2023. The selection considered only HPPs with unregulated headwaters and discarded early years of the record with plenty filled data. We employed t-test statistics for usual calculations of statistical significance levels. Regression slopes magnitudes of were interpreted qualitatively in terms of “practical significances”. The application of the S-shaped shift model found only long-lasting shift cases yielding essentially the same conclusions as the simpler linear trend model. Moderate and large linear trend rates were detected in 47 series, 33 cases with negative trend rates and 14 cases with positive trend rates. The discarding of early years of the historical records resulted in more dispersed and reduced streamflow trend rates, increasing the number of negative trend cases.

Abstract in Portuguese:

RESUMO Escoamentos em calhas e vertedouros em degraus são altamente turbulentos e apresentam potencial para reoxigenar a água e promover a dessorção de compostos voláteis. O presente trabalho teve como objetivo modelar a transferência de massa interfacial em escoamentos do tipo deslizante sobre turbilhões utilizando o modelo de dois filmes e a equação de advecção-difusão. A simulação foi realizada em 2D, com dois modelos eulerianos multifásicos. Uma formulação empírica também é proposta para prever a eficiência da reaeração em escoamentos deslizantes sobre turbilhões em canais com 45°, 21,8° e 11,3°. Os resultados obtidos com os modelos multifásicos homogêneo e não homogêneo apresentaram comportamentos estatisticamente aderentes aos dados experimentais, ajustando-se o coeficiente global de transferência de massa do modelo de dois filmes e o número de Schmidt turbulento, com valores nas faixas de 0,0015 a 0,01 m/s e 1 a 5, respectivamente. A equação empírica proposta resultou em altos coeficientes de correlação e aderência aos dados experimentais.

Abstract in English:

ABSTRACT Flows in stepped chutes and spillways are highly turbulent and have the potential of absorbing and desorbing volatile compounds. The present work aimed to model the interfacial mass transfer in skimming flows using the two-resistance model and the advection-diffusion equation. The simulation was conducted in 2D, with two multiphase eulerian models. An empirical formulation is also proposed for predicting the reaeration efficiency in skimming flows with slopes of 45°, 21.8° and 11.3°. The results obtained with the homogeneous and inhomogeneous multiphase models showed behaviors similar to the experimental data by adjusting the global mass transfer coefficient of the two-resistance model and the turbulent Schmidt number, with values in the ranges of 0.0015 to 0.01 m/s and 1 to 5, respectively. The proposed empirical equation resulted in high correlation coefficients and adherence to the experimental data.

Abstract in Portuguese:

RESUMO Cidades com topografias acidentadas, como Salvador (Bahia), possuem bairros que se desenvolveram em encostas, apresentando desafios para os moradores, incluindo mobilidade e drenagem. Uma solução proposta em 1979 ficou conhecida como escadaria drenante, uma estrutura projetada para canalizar o escoamento superficial sob os degraus, mantendo a parte superior livre para a circulação de pedestres. O modelo original sofreu modificações nas décadas seguintes, em tentativas de solucionar questões inerentes às condições locais, mas esses desafios persistem. Este trabalho propõe uma solução para as dificuldades recorrentes associadas aos modelos clássicos, introduzindo duas seções laterais rebaixadas nos degraus, em relação à porção central, permitindo a drenagem lateral e, ao mesmo tempo, a circulação de pedestres ao longo da seção central, sem competição entre o escoamento e os pedestres. Os resultados obtidos por meio da dinâmica de fluidos computacional mostraram consistência com os dados experimentais quanto às previsões de energia dissipada e regime de escoamento, confirmando o modelo proposto. A eficiência da escadaria drenante para as três condições de escoamento testadas, medida por sua capacidade de desviar o escoamento superficial para as seções laterais, excedeu 90%, validando a hipótese inicial de que a seção central permanece livre para a circulação de pedestres durante os eventos de chuva. Além disso, a estabilidade do corpo humano foi analisada utilizando critérios existentes na literatura, juntamente com os resultados para o campo de velocidades e alturas de escoamento.

Abstract in English:

ABSTRACT Cities with rugged topographies, such as Salvador-Bahia, have neighbourhoods that have developed on hillsides, posing challenges for residents, including mobility and drainage. A solution proposed in 1979 became known as the drainage staircase, a structure designed to channel surface runoff beneath the steps while keeping the upper surface free for pedestrian movement. The original model underwent modifications in the following decades to address issues inherent to local conditions, yet these challenges persist. This study proposes a solution to recurring difficulties associated with classical models by introducing two lowered lateral sections on the steps, relative to the central portion, allowing lateral drainage while enabling pedestrian movement along the central section without competition between flow and users. The results obtained through computational fluid dynamics showed consistency with experimental data regarding dissipated energy and flow regime predictions, confirming the proposed model. The staircase efficiency for the three tested flow conditions—measured by its ability to divert surface runoff to the lateral sections—exceeded 90%, validating the initial hypothesis that the central section remains free for pedestrian movement during rainfall events. Additionally, human body stability was analyzed using existing criteria from the literature alongside the results for the velocity field and flow depths.

Abstract in Portuguese:

RESUMO A presença de vegetação ripária pode reduzir o transporte de sedimentos do escoamento superficial em corpos de água receptores durante eventos de precipitação. No entanto, esse processo ainda é negligenciado em bacias hidrográficas tropicais, limitando a capacidade de gestores e tomadores de decisão de implementar medidas de controle para fontes de poluição difusa. Este estudo avaliou as concentrações de sólidos suspensos em um riacho tropical predominantemente urbano em seu trecho próximo ao exutório durante regime de cheia. Também examinou como a estrutura e a conservação da vegetação ripária no entorno imediato de um trecho de riacho urbano provavelmente influenciaram os padrões de entrada de tais poluentes de fonte de poluição difusa. Quatro eventos chuvosos com distintas características hidrológicas foram estudados. As Concentrações Médias dos Eventos (CMEs) e as curvas Massa versus Volume [M(V)] foram obtidas para todos os eventos monitorados. Dois Protocolos de Avaliação Rápida (PARs) foram utilizados para avaliar a estrutura e o estado de conservação da vegetação ripária ao longo do trecho urbano do riacho. A ausência de uma faixa de vegetação ripária adequada foi um fator agravante para a perda de solo em razão da erosão. O escoamento superficial direto gerado na bacia apresentou um alto potencial poluidor, com evidências poluição difusa e efeitos de primeira carga de lavagem observados em eventos de precipitação menos intensos. As informações do estudo contribuem para o debate contínuo e essencial sobre arborização urbana e reflorestamento de zonas ripárias, apoiando o desenvolvimento de estratégias voltadas à mitigação da poluição difusa.

Abstract in English:

ABSTRACT The presence of riparian vegetation can reduce the transport of sediments into receiving water bodies from surface runoff during rainfall events. However, this process is still overlooked in tropical watersheds, limiting the capacity of managers and decision-makers to implement control measurements of non-point pollution sources. This study evaluated suspended solids concentrations in a predominantly urban tropical stream near its outlet during stormflow conditions. It also examined how the structure and conservation of riparian vegetation in the immediate surrounding of an urban stream reach likely influenced the patterns of inputs of such non-point source pollutants. Four rainfall events with distinct hydrological characteristics were studied. Event Mean Concentrations (EMCs) and Mass versus Volume [M(V)] curves were obtained for all the monitored events. Two Rapid Assessment Protocols (RAPs) were used to assess the structure and conservation status of riparian vegetation along the urban stream reach. The lack of an adequate riparian vegetation buffer was found to exacerbate soil loss due to erosion. Direct surface runoff generated within the watershed showed a high potential for pollution, with evidence of non-point source pollution and first-flush effects observed during rainfall events with lower intensity. These findings are expected to contribute to the ongoing discussion on urban forestry and riparian zone reforestation, supporting the development of strategies aimed at mitigating non-point source pollution.

Abstract in Portuguese:

RESUMO Sistemas de aproveitamento de água de chuva (SAAC) foram incluídos no Novo Marco Legal do Saneamento aprovado em julho de 2020 como alternativa estratégica para o alcance do acesso universal a água. Apesar da vasta literatura em avaliação de viabilidade de SAAC para residências e estabelecimentos, pouco tem sido analisado sobre os impactos da ampla disseminação desses sistemas para as companhias de saneamento. O presente trabalho propôs e aplicou metodologia para avaliar o impacto da disseminação de SAAC na perspectiva da companhia de saneamento na região do Distrito Federal do Brasil. A metodologia consistiu em calcular o potencial de aproveitamento de água de chuva por meio de simulação de balanço hídrico para atender demanda não potável de água em cenários diferentes de residências; seleção e avaliação de indicadores operacionais e econômicos de desempenho da companhia de saneamento e consideração de diferentes cenários de adesão ao SAAC. Resultados demonstraram que em muitos cenários a disseminação de SAAC não é favorável às companhias de saneamento em termos financeiros, principalmente em função da perda de receita resultante da redução do volume de água consumido. Mas foi possível demonstrar a melhoria da análise custo benefício para a companhia considerando a venda do volume economizado para usuários de outras categorias, tais como comercial, industrial e público que possuem tarifas mais altas. Sugere-se que fatores ambientais também sejam incluídos na análise econômica para melhor representar os benefícios da implantação de SAAC em larga escala.

Abstract in English:

ABSTRACT The Brazilian New Legal Sanitation Framework approved in July 2020 included the Rainwater Harvesting Systems (RHS) as strategic alternative to reach universal urban water access in the country. Despite the vast literature on assessing the RWHS´s viability for households and establishments, there is lack of understanding on the impacts of the dissemination of this initiative to water utilities. This work proposed and applied a methodology to evaluate the impact of RHS dissemination on the performance of water utilities in the Federal District of Brazil. The methodology consisted of computing the potential water saving based on water balance of the RHS for non-potable water demand, selecting and evaluating operational and economic indicators of the water utility performance and computing economic evaluation of different scenarios of RHS dissemination. Results demonstrated that in most of the scenarios, the dissemination of RHS is not favorable to the water utility in terms of financial balance, mostly due to the loss of revenue given the reduction of water volume consumption. However, the financial balance has been extended to incorporate the possible sale of the saved water volume to categories of consumers with higher willingness to pay, such as, commercial, industrial or public users. Additional consideration of environmental benefits of RHS and other sale opportunities could also benefit the overall economic analysis of RHS as a public policy.

Abstract in Portuguese:

RESUMO Diante das mudanças climáticas, escassez hídrica e alterações no uso do solo, uma gestão eficiente da geração de energia é essencial para garantir a segurança energética nacional. No contexto da Resolução Conjunta ANA/ANEEL nº 127/2022, esse estudo teve como objetivo comparar quatro métodos de estimativa de assoreamento em reservatórios: comparação de curvas cota-área-volume (CAV), análise sedimentométrica, uso de programas computacionais que reproduzem modelos simplificados, e comparação de seções transversais, sendo o método da CAV adotado como referência. Os resultados mostraram que todos os métodos indicaram redução no volume do reservatório devido ao assoreamento, entretanto, o método das seções transversais apresentou resultados mais próximos do método de referência.

Abstract in English:

ABSTRACT In the face of climate change, water scarcity, and changes in land use, efficient management of energy generation is essential to ensure national energy security. In the context of Joint Resolution ANA/ANEEL n° 127/2022, this study aimed to compare four methods for estimating reservoir sedimentation: comparison of Depth-Area-Volume curves (DAV), sedimentometric analysis, use of computer programs with simplified methods, and comparison of cross-sections, with DAV method as the reference. The results showed that all methods indicated a reduction in reservoir volume due to sedimentation, however the cross-section method presented closest values to the reference method.

Abstract in Portuguese:

RESUMO No presente trabalho verificou-se que a utilização de grãos de borracha de pneus, obtidos por reciclagem, pode ser uma alternativa viável para utilização em modelos de leito móvel de rios. Desta forma, foi verificado experimentalmente se os grãos de borracha atendiam aos critérios de movimento incipiente propostos por Shields. Então, foi colocado um leito móvel de grãos de borracha de pneu dentro de um canal retangular, com 3 m de comprimento, 14 cm de largura e inclinação de 0,001 m/m. A água escou sobre o leito móvel com diferentes incrementos de descarga até que se verificasse o movimento incipiente das partículas no fundo. A análise de imagens de vídeo foi utilizada para estabelecer um critério para o movimento incipiente. Foram avaliadas duas classes de diâmetro de partículas de borracha (3,00 mm a 2,00 mm e 2,00 mm a 1,70 mm). Os valores críticos experimentais do parâmetro Shields das partículas de borracha foram satisfatórios porque os valores estavam dentro da faixa de dispersão dos experimentos do diagrama de Shields.

Abstract in English:

ABSTRACT In the present work, it was verified that the use of rubber grains from tires, obtained by recycling, could be a viable alternative for use in mobile-bed river models. In this way, it was experimentally verified whether the rubber grains met the incipient motion criteria proposed by Shields. So, a mobile-bed of tire rubber grains was placed inside a rectangular channel, with 3 m long, 14 cm wide and with a slope of 0.001 m/m. Water flowed over the mobile-bed with different discharge increments until the incipient motion of the particles at the bottom was verified. Video image analysis was used to establish a criterion for the incipient motion. Two diameter classes of rubber particles were evaluated (3.00 mm to 2.00 mm and 2.00 mm to 1.70 mm). The experimental critical values of the Shields parameter of the rubber particles were satisfactory because the values were within the dispersion range of the experiments by Shields diagram.

Abstract in Portuguese:

RESUMO Este estudo apresenta uma estrutura operacional para um sistema de suporte à decisão (DSS) alinhado à legislação brasileira de recursos hídricos, projetado para gerenciar a alocação de recursos hídricos superficiais (WRA) por meio de concessões de permissões de uso de água, com o objetivo de resolver conflitos entre usuários competidores que buscam retiradas e diluição de efluentes. O DSS integra um modelo unidimensional para avaliar a disponibilidade de água com um módulo de análise de decisão multi-critério, empregando o Processo de Hierarquia Analítica combinado com lógica fuzzy para o ponderamento dos critérios. Quando a disponibilidade de água simulada fica abaixo dos limites sustentáveis para uma nova permissão de uso de água, o sistema aciona um esquema de processamento para propor cenários de realocação de retiradas e efluentes entre usuários novos e existentes rio acima. O DSS então fornece conjuntos de soluções ótimas para garantir que as metas mínimas de disponibilidade de água previamente definidas sejam atendidas no curso d'água. Um estudo de caso na bacia do Rio Cuiabá valida a funcionalidade do sistema modular. Dada a natureza descentralizada e participativa da legislação brasileira de recursos hídricos, a estrutura WRA-DSS é flexível e preparada para a inclusão de novos critérios de decisão ou metas de proteção hídrica, assim como para a integração de modelos mais avançados de fluxo e qualidade da água.

Abstract in English:

ABSTRACT This study presents an operational framework for a decision support system (DSS) aligned with Brazilian water resource legislation, designed to manage the allocation of surface water resources (WRA) through water permit concessions, aimed at resolving conflicts between competing users seeking withdrawals and effluent dilution. The DSS integrates a one-dimensional model for assessing water availability with a multi-criteria decision analysis module, employing the Analytic Hierarchy Process combined with fuzzy logic for criteria weighting. When simulated water availability falls below sustainable limits for a new water use permit, the system triggers a processing scheme to propose reallocation scenarios for withdrawals and effluents among new and existing upstream users. The DSS then provides ensembles of optimal solutions to ensure that previously defined minimum water availability targets are met in the stream. A case study in the Cuiabá River basin validates the functionality of the modular system. Given the decentralized and participatory nature of Brazilian water resource legislation, the WRA-DSS framework is flexible and prepared for the inclusion of new decision criteria or water protection goals, as well as the integration of more advanced flow and water quality models.

Abstract in Portuguese:

RESUMO Esta nota técnica apresenta uma biblioteca de problemas de referência que compila, classifica e disponibiliza uma série de exemplos para a modelagem e análise de sistemas de distribuição de água por meio do EPANET. O projeto consolida, atualmente, 44 problemas de benchmark, categorizados por sua complexidade topológica e características operacionais, além de outros parâmetros de interesse. Uma interface web interativa permite aos usuários acessar e filtrar os problemas conforme seus objetivos de pesquisa, ensino ou aplicação prática. Ao fornecer modelos completos, a biblioteca apoia o aprendizado e o desenvolvimento de soluções para uma ampla variedade de demandas relacionadas às redes de abastecimento de água. Ademais, para alguns dos principais desafios, a biblioteca facilita a comparação entre novas metodologias e abordagens já publicadas. Espera-se que esse recurso incentive o uso de análises apoiadas em modelos e contribua para aprimorar a gestão de redes de distribuição de água.

Abstract in English:

ABSTRACT This technical note presents a benchmark problem library which compiles, classifies and makes available a series of examples for modeling and analyzing water distribution systems using EPANET. The project consolidates, currently, 44 benchmark problems, categorized by their topological complexity and operational features, besides other parameters of interest. An interactive web interface allows users to access and filter problems according to their research, teaching, or practical goals. By providing complete model examples the library supports learning and development of solutions for a wide variety of water network objectives. Additionally, for some of the main challenges the library facilitates the comparison between new methodologies and those previously published. We hope this resource may encourage the use of model supported analysis, and that contribute to improve the water networks management.

Abstract in Portuguese:

RESUMO Apresentamos uma visão geral do evento hidrológico sem precedentes que ocorreu no estado do Rio Grande do Sul no final de abril e início de maio de 2024, causando inundações e movimentos de massa em uma escala nunca vista no Brasil. A precipitação que causou o desastre é incomparável a qualquer evento recente no país em termos de escala espacial e temporal. A intensa e prolongada precipitação resultou em enchentes recordes, desde pequenos rios com áreas de drenagem abaixo de 1.000 km2 até a Laguna dos Patos, que drena mais de 180.000 km2. As chuvas também levaram a movimentos de massa que ocupam o primeiro lugar no Brasil em termos de extensão espacial e número de ocorrências. Enchentes rápidas com níveis extremos de água ocorreram em regiões montanhosas, enquanto nas áreas mais baixas as cheias tiveram longa duração, com os níveis de água permanecendo elevados por cerca de 30 dias. Este desastre provavelmente ocupa a primeira posição no Brasil em número de pessoas deslocadas e danos a propriedades e infraestruturas. Quase 200 fatalidades ocorreram devido ao desastre e falhas em estruturas de proteção. O evento hidrológico de abril e maio oferece um vislumbre do que pode ser esperado nas próximas décadas devido às mudanças climáticas em uma região que abrange o Sul do Brasil e partes dos países vizinhos.

Abstract in English:

ABSTRACT We present an overview of the unprecedent hydrological event that occurred in Rio Grande do Sul state in late April and early May 2024, causing floods and landslides in a scale that was not seen before in Brazil. The rainfall that caused the disaster is incomparable to any recent event in Brazil at large spatial and temporal scale. The intense and long-lasting precipitation led to record floods from small rivers with drainage areas below 1000 km2 to the Patos Lagoon, which drains more than 180,000 km2. The rainfall also led to landslides that rank first in Brazil in terms of spatial scale and number of occurrences. Mountain rivers experienced flash floods with extreme water levels, while in the lowlands the large rivers and the Patos Lagoon experienced long duration flooding, with stage remaining high for about 30 days. The flood event is probably ranked first in terms of displaced people and damage to property and infrastructure in Brazil. Almost 200 fatalities occurred due to the disaster and protection structure failures. The April-May hydrological event show a glimpse of what can be expected along the coming decades due to climate change in a region that covers South Brazil, and parts of the neighboring countries.