RESUMO

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

Palavras Chave: Mata atlântica. Precipitação interna. Escoamento pelo tronco

ABSTRACT

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

Keywords: Atlantic forest. Throughfall. Stemflow 

ABSTRACT

Anthropogenic activities in watersheds are responsible for land use changes, thus interfering in its rivers flows. As a consequence, changes occur in the hydrological series statistical moments, a condition known as nonstationarity. The use of a nonstationary time series can cause relevant errors, misleading and biasing the analyses proposed. Therefore, this paper evaluates the possible effects of nonstationarity on water availability for water resources permits in six Brazilian gauging stations, considering Q_95% as reference. Median and seasonal flow duration curves are employed in two distinct periods, before and after 1969, for all series. Results suggested that Q_95% increased in four gauging stations and was reduced in the remaining two. Moreover, major changes were found in intermediate flow durations, suggesting that the variations are not limited to the extreme values in the series.

Keywords: Statistical stationarity. Flow duration curve. Water resources permits

RESUMO

Atividades antrópicas nas bacias hidrográficas são responsáveis por causar mudanças no uso do solo, de modo a ocasionar reflexos nas vazões afluentes de seus rios. Dentre essas consequências está a alteração dos primeiros momentos estatísticos das séries hidrológicas, condição conhecida por não estacionariedade. O emprego de uma série não estacionária pode repercutir em erros relevantes e conclusões tendenciosas nas análises propostas. Dessa maneira, o presente trabalho avalia os possíveis efeitos dessa condição na disponibilidade hídrica para outorga de uso dos recursos hídricos em seis postos hidrométricos brasileiros, considerando como referência a Q_95%. Opta-se pelo uso da curva de permanência mediana anual e de curvas de permanência sazonais, determinadas em dois momentos distintos das séries históricas, antes e depois do ano de 1969. Os resultados sugerem aumento da Q_95% em quatro postos e redução nos outros dois. Além disso, alterações importantes foram também identificadas em permanências intermediárias, sugerindo que as variações nas séries não estão limitadas a valores extremos.

Palavras Chave: Estacionariedade estatística. Curva de permanência. Outorga de recursos hídricos
 

RESUMO

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

Palavras Chave: Amazônia. Pequenas bacias. Pequenas centrais hidrelétricas

ABSTRACT

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

Keywords: Amazon. Small basins. Small hydropower plants 

Accuracy of the Hydrus Model to Predict Nitrate Leaching as a Result of Applying Treated Sewage Sludge to Soils of Different Textures

RESUMO

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

Palavras Chave: Modelagem matemática. Hydrus 1-D. Lixiviação. Nitrato.


ABSTRACT

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

Keywords: Mathematical modeling. Hydrus 1-D. Leaching. Nitrate. 

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

O presente trabalho teve como objetivo propor metodologia para suporte ao processo de enquadramento de cursos d-água superficiais, fundamentada em análise conjunta de curvas de permanência de qualidade e capacidade de autodepuração de rios. Para composição dos diferentes cenários de simulação da qualidade da água foram estabelecidos três panoramas de tratamento de esgotos associados com distintas eficiências de remoção de demanda bioquímica de oxigênio (DBO), duas condições de abatimento de cargas orgânicas e três horizontes de análise (2014, 2020 e 2030). Foi aplicado o modelo QUAL-UFMG para avaliação da capacidade de autodepuração dos cursos d-água da bacia hidrográfica do rio Pardo, localizado no sul do estado do Espírito Santo, tendo sido simulados os parâmetros DBO e oxigênio dissolvido (OD), considerando o setor de esgotamento sanitário como única fonte de cargas poluidoras. Foram produzidas curvas de permanência de qualidade para o parâmetro DBO_5,20, associadas aos padrões ambientais estabelecidos pela Resolução CONAMA Nº 357/2005 para rios Classes 1, 2 e 3. Os resultados obtidos mostram a relevância da incorporação da modelagem da autodepuração na avaliação da qualidade dos corpos d-água superficiais para a implementação do enquadramento e, adicionalmente, indicam que a visão não determinística oferecida pelas curvas de permanência facilitaria o processo de tomada de decisão acerca do estabelecimento de metas progressivas para a efetivação do enquadramento. 

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

Palavras Chave: Concha submersa. Dissipador de energia. Flutuação de pressão. Coeficiente de flutuação de pressão.
 

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

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

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