Resumo em Português:

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.

Resumo em Inglês:

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.

Resumo em Português:

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.

Resumo em Inglês:

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.

Resumo em Português:

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.

Resumo em Inglês:

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.

Resumo em Português:

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.

Resumo em Inglês:

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.

Resumo em Português:

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.

Resumo em Inglês:

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.

Resumo em Português:

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.

Resumo em Inglês:

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.

Resumo em Português:

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.

Resumo em Inglês:

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.

Resumo em Português:

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. .

Resumo em Inglês:

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.

Resumo em Português:

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.

Resumo em Inglês:

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.

Resumo em Português:

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.

Resumo em Inglês:

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.

Resumo em Português:

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).

Resumo em Inglês:

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).

Resumo em Português:

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.

Resumo em Inglês:

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.

Resumo em Português:

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.

Resumo em Inglês:

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.

Resumo em Português:

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.

Resumo em Inglês:

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.

Resumo em Português:

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.

Resumo em Inglês:

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.

Resumo em Português:

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.

Resumo em Inglês:

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.

Resumo em Português:

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.

Resumo em Inglês:

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.

Resumo em Português:

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.

Resumo em Inglês:

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.

Resumo em Português:

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.

Resumo em Inglês:

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.

Resumo em Português:

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.

Resumo em Inglês:

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.

Resumo em Português:

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.

Resumo em Inglês:

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.

Resumo em Português:

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.

Resumo em Inglês:

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.

Resumo em Português:

RESUMO O rio Tapajós é um dos maiores afluentes do rio Amazonas (na margem direita), atravessando quatro estados brasileiros. Sua complexidade se traduz nos diferentes aspectos fisiográficos constituintes, com a presença de áreas protegidas (terras indígenas e unidades de conservação) e regiões de forte potencial econômico (agrícola e mineral), configurando uma intensa pressão social nos seus municípios formadores. Em resposta a esse cenário, o objetivo desenvolvido foi descrever um cenário Blueprint Framework (BF), tomando como referência os municípios formadores e os principais fatores que afetam o desenvolvimento das cidades. O processamento consistiu: na elaboração do Quadro de Tendências e Pressões (TPF) e do Quadro de Desempenho do City Blueprint (CBF); na definição do Quadro de Capacidade de Governança (GCF); e na reclassificação conforme os principais agrupamentos. A base destes foram fontes públicas de dados, agrupadas nas dimensões social, ambiental e econômica. Os resultados enfatizaram que a bacia do rio Tapajós é uma região fragmentada e heterogênea, e as subbacias críticas são Jamanxin, Teles Pires e Juruena. Os indicadores municipais e o comportamento hídrico da bacia estabelecem uma divisão bem definida entre os cursos médio-alto e médio-baixo, aumentando a insegurança hídrica e indicando que ter disponibilidade de água na bacia hidrográfica não significa acesso social e econômico imediato ao recurso.

Resumo em Inglês:

ABSTRACT The Tapajós River basin is one of the largest tributaries of the Amazon River (on the right bank) and flows through the territories of four Brazilian states. Its complexity translates to the different physiographic aspects, from protected areas defined in part of its territory (indigenous lands and conservation units) to the economic potential (agricultural and mineral) and social pressure from the forming municipalities. In response to this setting, the objective developed was to describe a Blueprint Framework (BF) scenario, taking as reference the forming municipalities and the main factors that affect the development of cities. The processing consisted of developing the Trends and Pressure Framework (TPF) and City Blueprint Performance Framework (CBF), defining the Governance Capacity Framework (GCF), and reclassification by major groupings. The data gathering construction used public sources grouped the social, environmental, and economic dimensions. The results emphasized that the Tapajós River basin is a fragmented and heterogeneous region, and the critical sub-basins are Jamanxin, Teles Pires, and Juruena. The municipal indicators and the river’s active area establish a division between the medium-high and medium-low courses, increasing water insecurity and indicating that having water availability in the river basin does not mean immediate social and economic access to the resource.

Resumo em Português:

RESUMO A erosão do solo e a sedimentação representam desafios para a gestão de recursos hídricos em regiões semiáridas, onde condições climáticas extremas e práticas inadequadas de uso da terra agravam esses problemas. Esses processos comprometem a capacidade de armazenamento dos reservatórios, a qualidade da água e a sustentabilidade regional. Este estudo avalia seus impactos nos reservatórios (Mulungu, Caldeirão de Parelhas, Várzea Grande, Esguicho, Itans, Cruzeta, São João do Sabugi e Boqueirão de Parelhas) na Bacia do Rio Seridó, Brasil, utilizando modelagem hidrossedimentológica baseada na Equação Universal de Perda de Solo (USLE) e dados de sedimentação. As taxas de sedimentação variaram de 0,12% a 8,12% por década, causando perdas significativas de armazenamento, como 11,45 hm3 no reservatório Cruzeta ao longo de 81 anos e 17,80 hm3 no reservatório Itans ao longo de 82 anos. A vida útil dos reservatórios foi projetada entre 31 anos e mais de 3.800 anos, com uma média de 96 anos. O acúmulo médio de sedimentos foi de 6,39 milhões de toneladas, aumentando as perdas por evaporação e degradando a qualidade da água. A densa rede de barragens (0,55 km2/reservatório) interrompe a conectividade dos sedimentos, destacando a importância da conservação para mitigar a degradação do solo e manter a funcionalidade dos reservatórios. Este estudo aprimora a compreensão das dinâmicas hidrossedimentológicas em regiões áridas e semiáridas, ressaltando a necessidade de estratégias sustentáveis de gestão de recursos hídricos.

Resumo em Inglês:

ABSTRACT Soil erosion and sedimentation challenge water resources management in semiarid regions, where extreme climatic conditions and inadequate land use amplify these issues. These processes compromise reservoir storage, water quality, and regional sustainability. This study evaluates their impacts on reservoirs (Mulungu, Caldeirão de Parelhas, Várzea Grande, Esguicho, Itans, Cruzeta, São João do Sabugi, and Boqueirão de Parelhas) in the Seridó River Basin, Brazil, using hydrosedimentological modeling based on the Universal Soil Loss Equation (USLE) and sedimentation data. Sedimentation rates ranged from 0.12% to 8.12% per decade, causing notable storage losses, such as 11.45 hm3 in Cruzeta over 81 years and 17.80 hm3 in Itans over 82 years. Reservoir lifespans were projected between 31 years and over 3,800 years, averaging 96 years. Sediment accumulation averaged 6.39 million tons, increasing evaporation losses and degrading water quality. The dense dam network (0.55 km2/reservoir) disrupts sediment connectivity, emphasizing the importance of conservation to mitigate soil degradation and maintain reservoir functionality. This study advances understanding of hydrosedimentological dynamics in arid and semiarid regions, underscoring the need for sustainable water resource management strategies.

Resumo em Português:

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.

Resumo em Inglês:

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.

Resumo em Português:

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.

Resumo em Inglês:

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.

Resumo em Português:

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.

Resumo em Inglês:

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.

Resumo em Português:

RESUMO A gestão de águas urbanas enfrenta o desafio de equilibrar oferta e demanda. A gestão e as operações de sistemas de abastecimento de água urbanos são geralmente conduzidas por dados agregados sobre demandas em setores ou escalas de cidades. Essa abordagem não considera os impactos das operações no usuário final, no domicílio. Este estudo visa fornecer uma compreensão mais detalhada das demandas de água em nível domiciliar e demonstrar como essas informações podem dar suporte à gestão urbana de sistemas intermitentes de abastecimento de água. Foram aplicadas a metodologia do metabolismo social e a hierarquia de necessidades de Maslow. A pesquisa se baseia em dados secundários e primários, com questionários aplicados em 123 domicílios em 47 cidades localizadas na região semiárida do Brasil. As descobertas revelam padrões de consumo distintos, com demanda rígida, que representam as necessidades mais urgentes, sendo priorizadas pelas famílias e recomendadas para priorização pelos gestores de água. Demandas em níveis mais elevados tendem a aumentar o consumo de água, ressaltando a necessidade de conscientização e políticas de eficiência hídrica adaptadas a diferentes segmentos populacionais.

Resumo em Inglês:

ABSTRACT Urban water management faces the challenge of balancing supply and demand. Management and operations of urban water supply systems are usually driven by aggregated data on demands over sectors or city scales. This approach does not consider the impacts of the operations on the end-user, at the household. This study aims to provide a more detailed understanding of household-level water demands and demonstrate how this information can support intermittent urban water supply management. The social metabolism methodology and Maslow's hierarchy of needs were Applied. The research draws on both secondary and primary data, with questionnaires administered to 123 households in 47 cities located in the semi-arid region of Brazil. The findings reveal distinct consumption patterns, with rigid demand, which represent the most urgent needs, being prioritized by households and recommended for prioritization by water managers. Higher-order demands tend to increase water consumption, underscoring the need for awareness and water-efficiency policies tailored to different population segments.

Resumo em Português:

RESUMO Em um cenário de emergência climática, eventos extremos se tornarão cada vez mais intensos e frequentes, afetando de maneira desproporcional comunidades vulneráveis. Eventos chuvosos extremos são capazes de deflagrar deslizamentos de grande magnitude e em grande quantidade, portanto, um gerenciamento de riscos que atue não somente em resposta, mas também em prevenção e adaptação se torna crucial. O município de Niterói abriga mais de 100 comunidades, em sua maioria localizadas em áreas declivosas. O método proposto aqui para a criação de um índice de risco qualitativo (IR) foi aplicado e está sendo validado no desenvolvimento do Plano Municipal de Redução de Risco (PMRR) de Niterói. O IR combina informações sobre histórico de ocorrências e interdições relacionadas a deslizamentos, dados de vulnerabilidade, e de susceptibilidade do terreno - usando o modelo SHALSTAB, para criar uma hierarquização preliminar das áreas de risco dentro das comunidades.

Resumo em Inglês:

ABSTRACT In the context of climate emergency, extreme events are expected to become more intense and frequent, disproportionately affecting vulnerable communities. Extreme rainfall events can trigger large-scale and numerous landslides. A landslide risk management approach that focuses not only on response but also on prevention and adaptation becomes crucial. In the city of Niterói - RJ, there are over 100 slums, most of which are located in steep hillslope areas. The method proposed here for creating a qualitative risk index (IR) has been applied and is being validated in the development of the Municipal Risk Reduction Plan of Niteroi. The IR combines information on past landslide occurrences and interdictions, vulnerability data, and the susceptibility of the areas —using the SHALSTAB model, to create a ranking of high-risk areas within the slums. Ranking high-risk areas may guide the allocation of technical and financial resources in the field.

Resumo em Português:

RESUMO O Brasil apresenta uma heterogeneidade climática ao longo do seu território que dificulta o delineamento de uma única estratégia de gestão dos riscos climáticos. Entretanto, essa unificação pode ocorrer em sub-regiões que apresentem um risco climático homogêneo. Nesse contexto, o presente estudo objetivou o delineamento das zonas de risco climático homogêneo do Brasil. Para isso, utilizou-se dados mensais de precipitação para todo o território brasileiro fornecidos pelo Global Precipitation Climatology Center. Essas séries temporais foram padronizadas usando o Standard Precipitation Index e, em seguida, os agrupamentos homogêneos foram definidos usando o método K-means. Ademais, os padrões de variabilidade conjunta entre as séries temporais dos centroides desses agrupamentos e os modos de variabilidade climática de alta e baixa frequência foram avaliados por meio da análise de ondeletas cruzadas. As análises realizadas permitiram o delineamento de 7 zonas de risco climático homogêneo no Brasil, que apresentaram diferentes padrões de variabilidade e foram moduladas de forma distinta pelos modos de variabilidade climática avaliados.

Resumo em Inglês:

ABSTRACT Brazil has a heterogeneous climate throughout its territory which makes it difficult to outline a single climate risk management strategy. However, this unification can occur within sub-regions that present homogeneous climatic risk. In this context, the aim of this study was to delineate homogeneous climate risk zones in Brazil. For this we used monthly precipitation data for the Brazilian territory provided by the Global Precipitation Climatology Center. These time series were standardized using the Standard Precipitation Index and then their homogeneous clusters were defined using the K-means method. In addition, the joint variability patterns between the clusters’ centroid time series and high- and low-frequency climate variability modes were evaluated using Cross-Wavelet Analysis. The analyses carried out enabled the delineation of 7 homogeneous climate risk zones in Brazil, which showed different variability patterns and were modulated differently by the climate variability modes assessed.

Resumo em Português:

Resumo Este estudo avaliou a eficiência da combinação entre a Velocimetria por Imagem de Partículas em Grande Escala (LSPIV) e o método de entropia de Chiu para estimar a vazão em rios na região semiárida brasileira. As medições foram realizadas em seis seções transversais da bacia do rio Acaraú, que abrange 10% do estado do Ceará, utilizando a Velocimetria Acústica por Efeito Doppler (ADV) como método de referência. A LSPIV foi aplicada por meio de vídeos gravados com smartphone, processados com os softwares RIVeR, PIVlab e PTVlab. Na segunda abordagem, a LSPIV foi combinada com o método de entropia, considerando a velocidade máxima de superfície e calculando-se o coeficiente de entropia (ϕ) para cada seção. As seções centrais apresentaram menores valores de erro, enquanto o posicionamento da câmera influenciou diretamente os resultados. O coeficiente ϕ mostrou-se instável, indicando a necessidade de calibrações adicionais. Comparado à ADV, o Método II (LSPIV + Entropia) apresentou desvios entre 2.97% e -33.33%, com erro absoluto médio de 20.7%. O Método III (LSPIV + Entropia + Distribuição Elíptica) apresentou desvios de até -45.34%, com erro absoluto médio de 23%. Apesar da variabilidade, a combinação entre LSPIV e entropia demonstrou ser uma alternativa promissora, de baixo custo e não intrusiva para o monitoramento de vazão em rios de pequeno a médio porte localizados em regiões semiáridas.

Resumo em Inglês:

ABSTRACT This study evaluated the efficiency of combining Large-Scale Particle Image Velocimetry (LSPIV) with Chiu’s entropy method to estimate river discharge in the Brazilian semi-arid region. Measurements were conducted at six cross-sections of the Acaraú River basin, which covers 10% of the state of Ceará, using Acoustic Doppler Velocimetry (ADV) as the reference method. LSPIV was applied using smartphone-recorded videos, processed with the RIVeR, PIVlab, and PTVlab software. In the second approach, LSPIV was combined with the entropy method, considering the maximum surface velocity and calculating the entropy coefficient (ϕ) for each section. Central sections showed lower error values, while camera positioning directly influenced the results. The ϕ coefficient proved to be unstable, indicating the need for further calibration. Compared to ADV, Method II (LSPIV + Entropy) presented deviations ranging from 2.97% to -33.33%, with a mean absolute error of 20.7%. Method III (LSPIV + Entropy + Elliptical Distribution) showed deviations of up to -45.34%, with a mean absolute error of 23%. Despite the variability, the combination of LSPIV and entropy proved to be a promising, low-cost, and non-intrusive alternative for discharge monitoring in small to medium-sized rivers located in semi-arid regions.

Resumo em Português:

RESUMO Este estudo analisa a variabilidade espacial e pluviométrica de uma bacia urbana utilizando o SWMM (Stormwater Management Model), um modelo hidrológico semi-distribuído e de código aberto. A Bacia do Canal do Mangue (BCM), localizada no Rio de Janeiro-RJ, Brasil, foi modelada empregando três resoluções de mapas, variando o número de sub-bacias, e três métodos de espacialização pluviométrica: média aritmética, polígonos de Thiessen e Inverse Distance Weighted (IDW). Os níveis d’água simulados foram comparados com dados observados em pontos de controle da bacia, considerando diferentes densidades de pluviômetros. Os resultados indicaram boa aproximação geral entre os volumes observados e simulados. O método da média aritmética apresentou o melhor desempenho geral, com erros variando de 0,00% a 18,60%, enquanto o IDW demonstrou maior precisão em nós específicos (10,82% a 15,18%). O estudo conclui que a resolução espacial, os métodos de interpolação e a densidade de pluviômetros afetam significativamente o desempenho do modelo, fornecendo informações valiosas para otimizar a modelagem hidrológica em bacias urbanas.

Resumo em Inglês:

ABSTRACT This study analyzes spatial and rainfall variability of an urban basin using the Stormwater Management Model (SWMM), a semi-distributed and open-source hydrological tool. The Canal do Mangue Basin (CMB) in the city of Rio de Janeiro, Brazil, was modelled with three map resolutions, varying the numbers of sub-basins, and three rainfall spatialization methods: arithmetic mean, Thiessen polygons, and Inverse Distance Weighted (IDW). Simulated water levels were compared to observed data at control points, considering different rain gauge densities. Results showed good agreement between observed and simulated volumes. The arithmetic mean method performed best overall, with errors ranging from 0.00% to 18.60%, while IDW showed higher accuracy for specific nodes (10.82% to 15.18%). The study concludes that spatial resolution, interpolation methods, and rain gauge density significantly affect model performance, providing valuable insights for optimizing hydrological modeling in urban basins.

Resumo em Português:

RESUMO A ocorrência de fenômenos subsazonais, tais como veranicos e secas repentinas, são potencialmente prejudiciais para os setores agrícolas e dos recursos hídricos. Os impactos no setor agrícola foram bem explorados pela comunidade técnico-científica, atestando a importância da variabilidade subsazonal para esse setor, especialmente no cultivo com baixo nível tecnológico. Entretanto, em relação aos recursos hídricos, há uma grande lacuna em relação aos impactos hidrológicos desses fenômenos, de forma que questões pertinentes sobre a importância da variabilidade subsazonal para a gestão desses recursos permanecem inexplorados ou pouco entendidas. O presente estudo objetivou avaliar os impactos dos veranicos na recarga de reservatórios em regiões semiáridas tomando como estudo de caso o reservatório Orós (Nordeste brasileiro). A relação entre o índice de veranico e a recarga desse reservatório durante a estação chuvosa foi avaliada, assim como séries temporais diárias de precipitação e volume armazenado ao longo de dois veranicos de longa duração. As duas hipóteses formuladas sugerem que os veranicos são capazes de reduzir a eficiência da recarga nos reservatórios situados em regiões semiáridas durante a estação chuvosa. Essas hipóteses servem como ponto de partida para uma discussão mais aprofundada sobre os impactos dos veranicos na gestão dos recursos hídricos em regiões áridas e semiáridas.

Resumo em Inglês:

ABSTRACT The occurrence of subseasonal phenomena, such as dry spells and flash droughts, are potentially detrimental to the agricultural sector and water resources. The impacts on agricultural sector have been well explored by the technical-scientific community, attesting to the importance of subseasonal variability for this sector, especially for low-tech farming areas. However, when it comes to water resources, there is a large gap regarding the hydrological impacts of these phenomena, in a way that pertinent questions about the importance of subseasonal variability for water resources management remain still unexplored or poorly understood. This study evaluated the impacts of dry spells on reservoir inflow in semiarid regions, taking the Orós reservoir (Northeast Brazil) as a case study. The relationship between the dry spell index and the inflow of Orós reservoir during the rainy season was analyzed, as well as the daily time series of precipitation and storage volume during two long-term dry spells. The two formulated hypotheses suggest that dry spells are indeed capable of reducing the reservoir inflow efficiency in semiarid regions during rainy seasons. These hypotheses serve as a starting point for a deeper discussion on the impacts of dry spells on water resource management in arid and semiarid regions.

Resumo em Português:

RESUMO A combinação de tecnologias de irrigação de alta qualidade, especialmente no que diz respeito à uniformidade, com energia para bombeamento proveniente de fontes renováveis, pode resolver questões em regiões sem eletricidade, secas prolongadas ou até mesmo para sistemas de irrigação complementar. Portanto, buscando o aperfeiçoamento do sistema de bombeamento fotovoltaico autônomo e direto para irrigação por gotejamento, utilizou-se o controle estatístico de qualidade, uma vez que, a variação na radiação ao longo do dia afeta o suprimento de energia, o fluxo de bombeamento de água e, consequentemente, a uniformidade. Tendo em vista o potencial desta técnica estatística, buscou-se investigar as variações na uniformidade de aplicação de três sistemas de irrigação que diferiam conforme o fabricante e, principalmente, a espessura da mangueira. Os resultados indicam que, uma mangueira de parede mais grossa estabiliza a pressão flutuante característica do sistema, além disso, valores de potência hidráulica em conjunto com valores de uniformidade de aplicação devem ser considerados, na tomada de decisão da escolha do emissor para um projeto de irrigação por gotejamento.

Resumo em Inglês:

ABSTRACT The combination of high-quality irrigation technologies, especially in terms of uniformity, with pumping energy from renewable sources can solve problems in regions without electricity, prolonged droughts or even supplementary irrigation systems. Therefore, to improve the autonomous and direct photovoltaic pumping system for drip irrigation, statistical quality control was used, since the variation of radiation throughout the day affects the energy supply, the water pumping flow rate and, consequently, uniformity. In view of the potential of this statistical technique, we sought to investigate the variations in application uniformity of three irrigation systems that differed according to the manufacturer and, above all, the thickness of the hose. The results indicate that a thicker-walled hose stabilizes the system's characteristic fluctuating pressure. In addition, hydraulic power values in conjunction with application uniformity values should be taken into account when deciding on the choice of emitter for a drip irrigation project.

Resumo em Português:

RESUMO A escassez de água é uma preocupação crescente a nível mundial, impulsionada pela distribuição espaço-temporal desigual dos recursos hídricos. Essa situação se agrava em regiões semiáridas. O objetivo deste estudo foi avaliar a variabilidade espaço-temporal da precipitação na Região Hidrográfica Atlântico Leste (RHAL-MG), que se sobrepõe parcialmente à região semiárida do Brasil e às áreas em risco de desertificação. Analisamos dados de precipitação de 33 estações entre 1980 e 2022 usando métodos estatísticos e o Índice de Precipitação Padronizada (SPI). Os resultados revelaram padrões de chuva distintos no RHAL-MG que refletiram as delimitações dos polígonos correspondentes às regiões semiáridas e susceptíveis à desertificação da área de estudo. A precipitação apresentou um padrão sazonal, com a estação chuvosa ocorrendo predominantemente entre outubro e março. No entanto, a escala e intensidade dos níveis de chuva foram diferentes dentre as regiões segregadas na análise espacial. Não foi identificada tendência pluviométrica estatisticamente significativa em 76% das estações, enquanto 24% apresentam tendência significativa de redução do volume de chuvas.

Resumo em Inglês:

ABSTRACT Water scarcity is a growing concern globally, driven by uneven spatial and temporal distribution of water resources. This is especially true in semi-arid regions. This study investigated rainfall variability in the Minas Gerais portion of the Atlântico Leste Hydrographic Region (RHAL-MG), which overlaps partly with Brazil's semi-arid region and areas at risk of desertification. We analyzed precipitation data from 33 stations between 1980 and 2022 using statistical methods and the Standardized Precipitation Index (SPI). The results revealed distinct rainfall patterns in RHAL-MG, closely aligning with the boundaries of polygons corresponding to semiarid and desertification prone zones within the study area. Rainfall exhibited a seasonal pattern, with the rainy season predominantly occurring between October and March. However, the amount and intensity of rainfall varied across the regions segmented in the spatial analysis. No statistically significant pluviometric trends were identified in 76% of the stations, while 24% showed a significant trend of decreasing rainfall volume.

Resumo em Português:

RESUMO O objetivo da pesquisa foi determinar a precipitação total e interna da área um fragmento florestal urbano em Manaus, e quantificar a concentração de nutrientes presentes nas águas das chuvas. O estudo foi desenvolvido nos dois períodos sazonais (estiagem e chuvoso), entre 2020 e 2022. Os pluviômetros foram instalados em um fragmento florestal urbano, em área aberta (precipitação total) e dentro da floresta (precipitação interna), e as amostras de água foram encaminhadas para análise dos parâmetros físico-químicos em laboratório. A precipitação apresentou diferença significativa entre os períodos, onde os maiores volumes de chuva foram observados no segundo semestre de cada ano. As concentrações de nutrientes presentes nas amostras de água foram maiores no período seco, e a precipitação interna apresentou concentrações altas de nutrientes em ambos os períodos sazonais, devido a lavagem do dossel, troncos e folhas. Além disso, a sazonalidade e o volume da precipitação exercem papéis importantes na química das águas das chuvas tanto em áreas preservadas quanto em áreas urbanas, sendo peça chave para diversos processos biológicos no ecossistema, inclusive nos igarapés e rios amazônicos. Portanto, estudos dessa natureza são escassos na região e os dados indicados são importantes para o estabelecimento de experimentos de longo prazo.

Resumo em Inglês:

ABSTRACT The objective of the research was to determine the total precipitation and throughfall of an urban forest fragment in Manaus and to quantify the concentration of nutrients present in rainwater. The study was developed in two seasonal periods (dry and rainy) between 2020 and 2022. The pluviometers were installed in an urban forest fragment, in an open area (total precipitation), and inside the forest (throughfall). The water samples were sent to the laboratory for analysis of physical and chemical parameters. Precipitation showed a significant difference between periods, where the highest volumes of rain were observed in the second half of each year. The concentrations of nutrients in the water samples were higher in the dry period, and the throughfall showed high concentrations of nutrients in both seasonal periods due to washing the canopy, trunks, and leaves. In addition, the seasonality and volume of rainfall play important roles in the chemistry of rainwater in preserved and urban areas. Therefore, it is a key part of several biological processes in the ecosystem, including in streams and Amazonian rivers. Therefore, studies of this nature are scarce in the region, and the data provided are important for establishing long-term experiments.

Resumo em Português:

RESUMO Critérios padronizados para o dimensionamento e a verificação de desempenho de microrreservatórios de lote ainda são pouco comuns. Este estudo avalia o impacto hidrológico de microrreservatórios projetados de acordo com as diretrizes de Belo Horizonte (Minas Gerais, Brasil), tanto em nível de lote quanto de bacia, por meio de modelagem hidrológica em uma sub-bacia altamente impermeável e suscetível a inundações. Os resultados indicam que, embora as diretrizes existentes sejam eficazes, o dimensionamento do volume do microrreservatório pode ser aprimorado. Os microrreservatórios implementados em 31,8% da área da bacia reduziram consideravelmente as vazões de pico, embora a eficiência varie conforme a escala espacial. Em nível de lote, os escoamentos foram reduzidos em 72,3% (Tempo de Retorno - TR 2 anos) e 50,7% (TR 100 anos), com atraso nos tempos de pico de 41,7%. Na escala da bacia, as reduções da vazão de pico foram de 24,6% (TR 2 anos) e 26,4% (TR 100 anos). A propagação das vazões até o exutório da bacia mostrou reduções nos volumes de extravasamento do canal e nas alturas máximas de água de 75,5% (TR 2 anos), 54% (TR 10 anos) e 49% (TR 50 anos).

Resumo em Inglês:

ABSTRACT Standardized design criteria and performance assessment of parcel-level on-site stormwater detention (OSD) remain limited. This study evaluates the hydrological impact of OSD — designed per Belo Horizonte’s (Minas Gerais, Brazil) municipal guidelines — at both parcel and catchment scales using hydrological modeling in a highly impervious, flood-prone subcatchment. Results indicate that while existing guidelines are generally effective, volume sizing could be optimized. OSD implemented across 31.8% of the catchment significantly reduced peak flows, though effectiveness varied by spatial scale. At the parcel level, outflows decreased by 72.3% for 2-year and 50.7% for 100-year return period rainfalls, with delay in peak times of 41.7%. At the catchment level, peak flow reductions reached 24.6% (2-year) and 26.4% (100-year). Flow routing at the catchment outlet revealed reductions in channel overflow volumes and maximum water heights by 75.5%, 54%, and 49% for 2-, 10-, and 50-year events, respectively.

Resumo em Português:

RESUMO Acordos pelo uso da água são estabelecidos para evitar, minimizar ou resolver conflitos relacionados a estes recursos. As negociações materializam os acordos, tornando-se importante analisar a efetividade tanto das negociações como dos acordos. Este artigo considera fatores-chave que colaboram para alcançar a efetividade das negociações e seus acordos em arenas de recursos hídricos, como o processo de alocação negociada de água que tem sido aplicado em reservatórios críticos no Brasil. Foram analisados dois sistemas hídricos na Bacia Hidrográfica do Rio Paraíba. Os resultados indicam que sistemas hídricos com maior relevância para o estado negociador e a presença das partes interessadas nas negociações tendem a resultar em acordos mais efetivos. Apesar das alocações negociadas serem uma ferramenta muito importante para o planejamento participativo em nível local, fragilidades institucionais podem enfraquecer o processo e fazer com que eles não cumpram os compromissos estabelecidos.

Resumo em Inglês:

ABSTRACT Water use agreements are designed to prevent, mitigate, or resolve conflicts related to these resources. Negotiations build agreements, so it is necessary to analyze the effectiveness of both negotiations and agreements. This paper considers key factors that contribute to the effectiveness of negotiations and their agreements in water resource arenas, such as the negotiated water allocation process which has been applied to critical reservoirs in Brazil. Two water systems in the Paraíba River Basin were analyzed. The results indicate that water systems with greater relevance for the negotiating state and stakeholders' presence in the negotiations tend to result in more effective agreements. While negotiated water allocations are valuable tools for participatory planning at the local level, institutional fragilities may undermine the process and hinder the fulfillment of agreed commitments.

Resumo em Português:

RESUMO As barragens prestam serviços essenciais à sociedade, mas quando falham em termos de segurança, as consequências para as comunidades a jusante e o meio ambiente podem ser devastadoras. Este estudo analisa as políticas de segurança de barragens no Brasil, com foco nos sistemas de classificação e na preparação para emergências. Dados de 2022 revelam deficiências importantes: mais de 14 mil barragens não possuem classificação por Categoria de Risco (CR) e mais da metade não tem avaliação de Dano Potencial Associado (DPA). Das 1235 barragens classificadas como de alto risco, apenas 106 possuem Plano de Ação de Emergência (PAE). O estudo compara o modelo brasileiro com referências internacionais, como ICOLD, FEMA e USACE, além de países como Portugal, Espanha, Nova Zelândia, Austrália, África do Sul, Argentina e Canadá. Embora o modelo brasileiro siga padrões globais, melhorias críticas ainda são necessárias. Propõem-se ajustes práticos para aprimorar a classificação e o planejamento emergencial. Pesquisas futuras podem explorar essas propostas por meio de estudos de caso, contribuindo para políticas mais eficazes e maior proteção à população.

Resumo em Inglês:

ABSTRACT Dams provide essential services to society, but the consequences for downstream communities and the environment can be devastating when safety measures fail. This investigation examines Brazil’s dam safety policies, focusing on classification systems and emergency preparedness. Data from 2022 reveals serious shortcomings: over 14,000 dams are unclassified by Risk Category (RC), and more than half lack a Potential Hazard Associated (PHA) rating. Of the 1,235 dams classified as high risk, only 106 have an Emergency Action Plan (EAP). The study compares Brazil’s system with international frameworks from institutions such as ICOLD, FEMA, USACE, and countries including Portugal, Spain, New Zealand, Australia, South Africa, Argentina, and Canada. While Brazil’s approach aligns with global standards, critical improvements are needed. The study proposes practical adjustments to enhance hazard classification and emergency planning. Future research could explore these proposals through case studies to better guide policy and protect lives.

Resumo em Português:

RESUMO Em maio de 2024, o estado do Rio Grande do Sul, no sul do Brasil, vivenciou uma cheia sem precedentes que impactou severamente Porto Alegre e sua região metropolitana. Os níveis d'água no rio Guaíba ultrapassaram todos os registros históricos anteriores, atingindo 5,37 metros no dia 5 de maio de 2024, superando o pico anterior de 4,76 metros registrado em 1941. Em resposta a esse evento extremo, uma equipe do Instituto de Pesquisas Hidráulicas da Universidade Federal do Rio Grande do Sul (IPH/UFRGS), incluindo os autores deste estudo, mobilizou esforços para realizar previsões operacionais diárias dos níveis do Guaíba, de forma voluntária, durante o evento. Apesar dos desafios, o sistema de previsão identificou com sucesso momentos críticos da inundação com certa antecedência operacional, como: níveis superiores a 5 metros com antecedência operacional de 3 dias; a não ocorrência de níveis acima do sistema de proteção de 6 metros; um segundo pico acima de 5 metros com antecedência de 8 dias; e a longa duração da inundação, em torno de 30 dias. A acurácia das previsões foi fundamental para medidas mitigatórias como evacuações preventivas e ações emergenciais ao longo do evento. Este estudo destaca aspectos técnicos e operacionais das previsões e discute a importância de uma abordagem integrada para a gestão de eventos extremos.

Resumo em Inglês:

ABSTRACT In May 2024, the state of Rio Grande do Sul, in southern Brazil, experienced an unprecedented flood that severely impacted Porto Alegre and its metropolitan region. Water levels in the Guaíba River exceeded all historical records, reaching 5.37 meters on May 5, 2024, surpassing the previous peak of 4.76 meters recorded in 1941. In response to this extreme event, a team from the Hydraulic Research Institute at the Federal University of Rio Grande do Sul (IPH/UFRGS), including the authors of this study, mobilized efforts to perform daily operational forecasts of Guaíba water levels during the event. Despite the challenges, the forecasting system successfully identified critical moments of the flooding: flood levels exceeding 5 meters with a 3-day operational lead time; non-occurrence of levels above the 6 meters levees top; second peak above 5 meters with 8-day lead time; prolonged duration of the flooding around 30 days. The accuracy of the forecasts were crucial for mitigation measures such as preventive evacuations and emergency actions. This study highlights technical and operational aspects of the forecasts and discusses the importance of an integrated approach to managing extreme events.

Resumo em Português:

RESUMO Técnicas de desenvolvimento de baixo impacto (LID) baseadas em infiltração são amplamente utilizadas para reduzir o escoamento de pico e aumentar a recarga de aquíferos em bacias urbanas. Seu dimensionamento eficaz requer a seleção adequada da área superficial e da profundidade máxima de armazenamento temporário para garantir volume de armazenamento suficiente. No entanto, suposições arbitrárias sobre a profundidade de armazenamento podem levar ao superdimensionamento ou subdimensionamento das estruturas. Este artigo apresenta o MoDOBR, um modelo de otimização baseado em planilha eletrônica para o dimensionamento de bacias de infiltração que considera cenários de colmatamento do meio poroso e condições variáveis do solo. O modelo acopla dinamicamente o balanço hídrico superficial com a infiltração no subsolo utilizando uma formulação simplificada de Green-Ampt. São apresentados quatro exemplos numéricos, incluindo uma análise de sensibilidade em diferentes texturas de solo. Os resultados demonstram que assumir uma taxa de infiltração constante equivalente à condutividade hidráulica saturada subestima significativamente a dinâmica da infiltração e leva ao superdimensionamento das bacias. Em contraste, a variabilidade nas condições iniciais de umidade do solo tem impacto relativamente pequeno nos resultados do dimensionamento. A análise revela ainda que o acoplamento ótimo entre altura e área é essencial, especialmente em solos de baixa permeabilidade, onde a integração de drenos inferiores permite projetos viáveis e compatíveis com critérios hidráulicos. Para um evento com período de retorno de 5 anos, a área necessária da bacia varia de 2,9% da bacia de contribuição em solos arenosos a mais de 50% em solos argilosos na ausência de infraestrutura de drenagem.

Resumo em Inglês:

ABSTRACT Infiltration-based low-impact development (LID) techniques are widely used to reduce peak runoff and enhance groundwater recharge in urban catchments. Their effective design requires selecting an appropriate surface area and maximum ponding depth to ensure sufficient storage volume. However, arbitrary assumptions about the ponding depth can lead to over- or undersizing. This paper introduces MoDOBR, a spreadsheet-based optimization model for designing infiltration basins that accounts for clogging scenarios and variable soil conditions. The model dynamically couples surface water balance with subsurface infiltration using a simplified Green-Ampt formulation. Four numerical examples are presented, including a sensitivity analysis across different soil textures. Results demonstrate that assuming a constant infiltration rate equivalent to the saturated hydraulic conductivity significantly underestimate infiltration dynamics and leads to overdesign basins. In contrast, variability in initial soil moisture conditions has a relatively minor impact on design outcomes. The analysis further reveals that optimal height-area coupling is essential, particularly in low-permeability soils, where the integration of underdrains enables feasible and hydraulically compliant designs. For a 5-year return period event, the required basin area ranges from 2.9% of the catchment for sandy soils to over 50% for clayey soils in the absence of drainage infrastructure.

Resumo em Português:

RESUMO Este estudo analisou as possíveis causas de acidentes na hidrovia do Rio Guaíba entre 2007 e 2023, utilizando relatórios históricos, modelagem numérica e análise de condições meteorológicas e hidrodinâmicas críticas. Dados sobre vento, visibilidade, níveis de água e vazões foram analisados ​​analítica e graficamente. Um modelo numérico simulou a hidrodinâmica do rio, identificando parâmetros críticos para a segurança da navegação. A análise revelou que diversas forças ambientais como neblina, correntes, ondas e vento contribuíram significativamente para os acidentes, muitas vezes atuando em combinação. Todos os acidentes registrados foram encalhes, e o Canal das Pedras Brancas foi o ponto crítico de encalhe ao longo da hidrovia. Velocidades de vento acima de 7 m/s, velocidades de corrente acima de 0,5 m/s, níveis de água abaixo de 40 cm e ondas acima de 20 cm formam o conjunto de valores críticos para a segurança da navegação. Esses insights técnicos permitem que as Autoridades Portuárias melhorem a segurança da navegação por meio de interpretações baseadas em dados e decisões operacionais.

Resumo em Inglês:

ABSTRACT This study analyzed the possible causes of accidents on the Guaíba River waterway between 2007 and 2023, using historical reports, numerical modeling, and assessments of critical meteorological and hydrodynamic conditions. Data on wind, visibility, water levels, and flow rates were examined both analytically and graphically. A numerical model simulated the river’s hydrodynamics, identifying key parameters affecting navigation safety. The analysis revealed that various environmental forces such as fog, currents, waves, and wind significantly contributed to accidents, often acting in combination. All recorded accidents were groundings, and the Pedras Brancas Channel as the most critical grounding hotspot along the waterway. Wind speeds above 7 m/s, current speeds above 0.5 m/s, water levels below 40 cm, and wave heights exceeding 20 cm form the set of critical values for navigation safety. These technical insights enable Port Authorities to enhance navigational safety through data-driven interpretations and operational decisions.

Resumo em Português:

RESUMO A segurança hídrica é um tema central nos debates políticos e acadêmicos, exigindo abordagens em múltiplas escalas. Este estudo compara o Plano Nacional de Segurança Hídrica (PNSH) do Brasil, que se concentra na infraestrutura hídrica, e o Plano Estadual de Segurança Hídrica de Minas Gerais (PMSH), que adota uma abordagem integrada mais ampla. A análise contrasta suas estruturas metodológicas e indicadores — o Índice de Segurança Hídrica (ISH) do PNSH e o Índice de Priorização Global (IGP) do PMSH — em nível municipal. Os resultados revelam divergências significativas: o PNSH classifica apenas 3% do território do estado como vulnerável, enquanto o PMSH identifica 30% como alta prioridade, com 69% dos municípios recebendo classificações conflitantes. A convergência entre os dois ocorre apenas nas regiões Norte de Minas e Jequitinhonha, ambas classificadas como críticas. As principais limitações incluem a omissão do PNSH dos riscos de enchentes, governança e participação social, enquanto o PMSH carece de cenários climáticos futuros e variáveis explícitas de risco climático. O estudo propõe uma abordagem diagnóstica híbrida que integre ambas as metodologias, incorporando variáveis de mudança climática, governança e uso da terra, e recomenda o planejamento em escala municipal para apoiar estratégias viáveis de segurança hídrica.

Resumo em Inglês:

ABSTRACT Water security is a central theme in political and academic debates, requiring multiscale approaches. This study compares Brazil’s National Water Security Plan (PNSH), which focuses on water infrastructure, and the Minas Gerais State Water Security Plan (PMSH), which adopts a broader integrated approach. The analysis compares their methodological frameworks and indicators—the Water Security Index (ISH) of the PNSH and the Global Prioritization Index (IGP) of the PMSH—at the municipal level. Results reveal substantial divergences: the PNSH classifies only 3% of the state's territory as vulnerable, whereas the PMSH identifies 30% as high priority, with 69% of municipalities receiving conflicting classifications. Convergence between the two occurs only in the Norte de Minas and Jequitinhonha regions, both of which are rated as critical. Key limitations include the PNSH’s omission of flood risks, governance, and social participation, whereas the PMSH exhibits an absence of explicit climate risk variables and future climate scenarios. The study proposes a hybrid diagnostic approach that integrates both methodologies, incorporating climate change, governance, and land-use variables, and recommends municipal-scale planning to support actionable water security strategies.

Resumo em Português:

RESUMO Rios urbanos são cada vez mais impactados pela poluição doméstica decorrente da insuficiência no tratamento de esgoto. No Brasil, o Enquadramento é um instrumento de planejamento que estabelece metas de qualidade da água e as ações necessárias para alcançá-las. No entanto, a quantificação da carga poluente a ser removida para estabelecer metas ainda representa um desafio, frequentemente tratado com limitada integração socioeconômica. Este estudo propõe o uso de Curvas de Permanência de Carga (LDC) para apoiar um planejamento mais robusto e flexível. Ao comparar as LDCs com abordagens tradicionais, destacam-se suas vantagens na visualização de incertezas, integração de dados socioeconômicos e facilitação da comunicação com atores estratégicos. Os resultados indicam que as LDCs podem fortalecer as estratégias de Enquadramento, aprimorando a definição de metas, o monitoramento e o suporte a processos de replanejamento considerando uma abordagem socio-hidrológica.

Resumo em Inglês:

ABSTRACT Urban rivers are increasingly impacted by domestic pollution, mainly due to insufficient sewage treatment. In Brazil, this issue is addressed through Water Body Classification (WBC), a planning instrument that sets water quality goals and actions to achieve them. However, quantifying the pollutant load to be removed remains a challenge, often treated with limited socio-economic integration. This study proposes the use of Load Duration Curves (LDCs) to support more robust and flexible planning. By comparing LDCs with traditional approaches, we highlight their advantages in visualizing uncertainties, integrating population data, and facilitating communication with stakeholders. The results suggest that LDCs can strengthen WBC strategies by improving goal setting, monitoring progress, and supporting re-planning processes under a socio-hydrological approach.

Resumo em Português:

RESUMO Este estudo avalia estratégias de resposta a emergências por derramamento de óleo em águas interiores por meio de modelagem hidrodinâmica tridimensional, tendo como referência um acidente ocorrido em 2015 em uma grande usina hidrelétrica no trecho médio do Rio Iguaçu (Brasil). O modelo de código aberto DELFT3D foi utilizado com a integração dos módulos Eulerianos para hidrodinâmica e de rastreamento lagrangeano de partículas, a fim de reproduzir a extensão da contaminação observada e testar cenários alternativos de resposta. O cenário de validação apresentou boa concordância com as condições de campo reportadas, confirmando a aplicabilidade do modelo em ambientes fluviais regulados. Os resultados indicaram que a rápida redução da vazão (de 1.000 para 100 m3/s) atrasaria a progressão da pluma em 6 a 8 horas, criando uma janela crítica para ações de resposta. A funcionalidade de barreiras artificiais do módulo Delft3D-PART foi testada, indicando que instalando-se as barreiras em até 5 horas, a área impactada seria reduzida em 70-90% em comparação à dispersão não controlada, ressaltando a importância da intervenção rápida. Persistem, entretanto, incertezas em parâmetros como dispersão horizontal, arraste do vento e adesão às margens, definidos a partir da literatura devido à ausência de dados laboratoriais ou de campo específicos. Ainda assim, o estudo ressalta o valor da modelagem matemática de código aberto como ferramenta econômica para o planejamento da resposta em sistemas hidrelétricos, reforçando a importância de estratégias robustas de preparação emergencial para reduzir os impactos ambientais e sociais.

Resumo em Inglês:

ABSTRACT This study evaluates oil spill emergency response strategies in inland waters through three-dimensional hydrodynamic modeling, using a 2015 accident at a large hydroelectric plant in the middle reach of the Iguaçu River (Brazil) as a reference case. The open-source DELFT3D model combined Eulerian hydrodynamic and Lagrangian particle tracking modules to reproduce the observed downstream extent of contamination and test alternative scenarios. The validation scenario showed good agreement with reported field conditions, supporting the model’s applicability for regulated river systems. Results indicated that rapid flow reduction (from 1,000 to 100 m3/s) could delay plume progression by 6-8 hours, providing a less critical window for containment actions. The oil spill barrier functionality from Delft3D-PART showed that when barriers were deployed within 5 hours, the impacted area was reduced by 70-90% compared to uncontrolled dispersion, emphasizing the importance of early intervention. Uncertainties remain in parameters such as horizontal dispersion, wind drag, and shoreline adhesion, which were derived from literature due to lack of specific data. Despite these limitations, the study demonstrates the value of open-source tools for mathematical modeling as a cost-effective tool for preparedness in hydropower systems, reinforcing the importance of robust emergency planning to minimize environmental and social impacts.

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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.

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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.

Resumo em Português:

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.

Resumo em Inglês:

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.

Resumo em Português:

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.

Resumo em Inglês:

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.

Resumo em Português:

RESUMO A pesquisa analisou a evolução das águas superficiais em Serra Talhada, Brasil, ao longo de 31 anos, utilizando dados de sensoriamento remoto do Google Earth Engine (GEE). Comparou os índices NDWI e MNDWI com dados do MapBiomas para avaliar a dinâmica da água em regiões semi-áridas. A análise de precisão e o índice kappa mostraram uma boa concordância entre os conjuntos de dados, enquanto o teste de tendências revelou mudanças temporais significativas durante as estações seca e úmida. Apesar dos padrões irregulares de precipitação, o índice MNDWI mostrou-se mais eficaz na quantificação da água superficial, destacando uma maior acumulação de água durante a estação chuvosa. A construção de reservatórios influenciou a distribuição de água, mas a retenção anual de água variou ao longo do estudo. Os resultados ressaltam a importância do planejamento estratégico dos reservatórios, principalmente considerando a exposição solar, para garantir a disponibilidade de água a longo prazo. O estudo enfatiza que a gestão sustentável da água é essencial para a resiliência ambiental e socioeconómica em regiões semi-áridas, especialmente na variabilidade climática e na crescente demanda por recursos hídricos.

Resumo em Inglês:

ABSTRACT The research analyzed the evolution of surface water in Serra Talhada, Brazil, over 31 years using remote sensing data from Google Earth Engine (GEE). It compared the NDWI and MNDWI indices with MapBiomas data to assess water dynamics in semi-arid regions. Accuracy analysis and the kappa index showed good agreement between datasets, while trend testing revealed significant temporal changes during dry and wet seasons. Despite irregular rainfall patterns, the MNDWI index proved more effective in quantifying surface water, highlighting greater water accumulation during the rainy season. Reservoir construction influenced water distribution, but annual water retention varied throughout the study. The results underscore the importance of strategic planning for reservoirs, particularly considering solar exposure, to ensure long-term water availability. The study emphasizes that sustainable water management is essential for environmental and socioeconomic resilience in semi-arid regions, especially in climate variability and increasing demand for water resources.

Resumo em Português:

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.

Resumo em Inglês:

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.