A reaeração superficial é um importante fenômeno físico responsável pela transferência de massa do oxigênio atmosférico para o curso de água, através da interface ar-água. Esse fenômeno é caracterizado quantitativamente pelo coeficiente de reaeração superficial (K2). O K2 pode ser influenciado por diversos fatores naturais, em especial, a turbulência, que é afetada pelas características físicas, hidrológicas e hidráulicas do escoamento da água. Este coeficiente é comumente utilizado em modelos ambientais de qualidade da água, o que implica na necessidade da sua correta estimativa. A estimativa do K2 pode ser realizada por meio de métodos e modelos de predição, entre os métodos destacam-se o traçador gasoso e a sonda solúvel flutuante. O objetivo principal desta pesquisa foi verificar a variabilidade espacial e temporal do K2 em cinco trechos de quatro riachos tropicais localizados no município de São Carlos-SP, em um ano de amostragem. Nesses trechos foram mensuradas as principais variáveis químicas, físicas, hidrológicas e hidráulicas do escoamento da água, além do K2 e a velocidade de dissolução de uma sonda solúvel flutuante (VS). A estimativa do K2 ocorreu pelo método do traçador gasoso, sendo o SF6 e o NaCl os traçadores utilizados. A estimativa do VS ocorreu pelo método da sonda solúvel flutuante, confeccionada com ácido oxálico dihidratado e no formato esférico. Análises estatísticas de correlação (Spearman, r) e variância (Kruskal-Wallis) foram realizadas, e modelos de regressão linear simples (RLS) e múltipla (RLM) foram desenvolvidos. Os trechos apresentaram profundidades e larguras médias inferiores a 0,42 m e 3,27 m, respectivamente. A vazão e a velocidade (U) média variaram de 0,001 m3.s-1 a 0,110 m3.s-1 e de 0,01 m.s-1 a 0,33 m.s-1, respectivamente. Os números de Reynolds e Froude (Fr) foram inferiores a 34070 e 0,36, respectivamente. Os K2 variaram de 16,90 dia-1 a 373,80 dia-1 e os VS, de 0,08 mm.min-1 a 0,77 mm.min-1. Os resultados demonstraram variação espacial significativa e temporal não significativa para as variáveis físicas, hidrológicas, hidráulicas, e também para o K2 e VS. U e Fr foram as principais variáveis que se correlacionaram com o K2 (r > 0,68). Um adequado modelo RLM de predição do K2 (R² = 0,75), baseado em todas as variáveis físicas, hidrológicas e hidráulicas e no VS, foi obtido. O modelo RLS, baseado apenas na relação entre K2 e VS, não foi adequado (R² = 0,43) para a predição do K2. A razão entre os fenômenos da reaeração superficial e dissolução da sonda solúvel flutuante não foi constante, e foi afetada pela turbulência na interface ar-água, o que indicou que o método da sonda solúvel flutuante ainda precisa ser aprimorado. Espera-se que, além de gerarem dados sobre um método (sonda solúvel flutuante) e tema (reaeração superficial) ainda relativamente pouco estudados em riachos tropicais, as informações apresentadas sobre as principais variáveis intervenientes no fenômeno de reaeração superficial e dissolução em riachos possam oferecer direcionamentos a estudos ambientais, especialmente àqueles que versam sobre a qualidade dos recursos hídricos. / Surface reaeration is an important physical phenomenon responsible for the transfer of atmospheric oxygen mass into the water course through the air-water interface. This phenomenon is quantitatively characterized by the surface reaeration coefficient (K2). K2 can be influenced by several natural factors, especially turbulence, which is affected by the physical, hydrologic and hydraulic characteristics of the watercourse. This coefficient is commonly used in environmental models of water quality, which implies the need for its correct estimation. The estimation of K2 can be performed by models of prediction and methods, among the methods the gas tracer and the floating soluble probe stand out. The aim of this research was to verify the spatial and temporal variability of K2 in five stretches of four tropical streams located in the city of São Carlos-SP, in a year of sampling. In these stretches the main chemical, physical, hydrological and hydraulic variables of the watercourse were measured, besides K2 and the dissolution rate of the floating soluble probe (VS). The estimation of K2 occurred by the gas tracer method, with SF6 and NaCl being the tracers used. The VS estimation was carried out by the floating probe method, made with oxalic acid dihydrate and in spherical format. Statistical analyzes of correlation (Spearman, r) and variance (Kruskal-Wallis) were performed, and simple linear regression (SLR) and multiple linear regression models (MLR) were developed. The stretches presented mean depths and widths of less than 0.42 m and 3.27 m, respectively. The flow rate and average velocity (U) ranged from 0.001 m3 s-1 to 0.110 m3s-1 and from 0.01 m.s-1 to 0.33 m.s-1, respectively. The Reynolds and Froude (Fr) numbers were less than 34070 and 0.36, respectively. The K2 ranged from 16.90 day-1 to 373.80 day-1 and the VS, from 0.08 mm.min-1 to 0.77 mm.min-1. The results showed significant spatial variation and a non-significant temporal variation for the physical, hydrological and hydraulic variables, as well as for K2 and VS. U and Fr were the main variables that correlated with K2 (r > 0.68). A suitable MLR prediction model of K2 (R² = 0.75), based on all physical, hydrological and hydraulic variables and VS, was obtained. The SLR model, based only on the relationship between K2 and VS, was not adequate (R² = 0.43) for K2 prediction. The ratio between the phenomena of surface reaeration and dissolution of the floating soluble probe was not constant and was affected by turbulence at the air-water interface, which indicated that the floating soluble probe method still needs to be improved. It is expected that, in addition to generating data on a method (floating soluble probe) and surface (surface reaeration) that are still relatively little studied in tropical streams, the information presented on the main variables involved in the phenomenon of surface reaeration and dissolution in streams may offer environmental studies, especially those dealing with the quality of water resources.

A importância dada aos parâmetros de qualidade da água, principalmente nas últimas décadas justifica a realização desse trabalho, que investiga a relação de alguns parâmetros turbulentos com o coeficiente de reaeração, 'K IND.2', através de duas técnicas distintas de medida: o método ótico e a técnica fotográfica. O método ótico relaciona a intensidade de luz recebida por um diodo imerso na água com a velocidade vertical no ponto onde é realizada a medida; os dados coletados pelo método ótico constituem um sinal elétrico que contém a informação da deformação da superfície. A partir desse sinal determinam-se os seguintes parâmetros: valor RMS da tensão, função de autocorrelação, macroescala e espectro. Os resultados obtidos por esse método são funções temporais. O método fotográfico consiste em obter fotografias de partículas iluminadas sobre a superfície livre da água, com tempo de exposição conhecido. O método foi melhorado pela adição de dois disparos de flash, para permitir a determinação da variação da velocidade. As fotos são digitalizadas em um software gráfico e os valores obtidos são interpolados através do método Kriging de interpolação. O método fotográfico é uma função espacial. A partir do método fotográfico são determinados os seguintes parâmetros: valor RMS, função de autocorrelação e espectro. Os resultados obtidos permitem a comparação quantitativa entre as funções de autocorrelação e espectros, e a relação entre o coeficiente de reaeração, 'K IND.2' e o valor RMS obtidos pela sonda e pela foto / The importance given to the parameters of quality of the water, mainly in the last decades, it justifies the accomplishment of this work, that it investigates the relation of some turbulent parameters with the re-aeration coefficient, 'K IND.2', through two different techniques of measure: the optic method and the photographic technique. The optic method relates the intensity of the light received by a immersed diode in the water with the vertical speed at the point where the measure is accomplished; the data collected by the optic method are electric signs that contains the information of the deformation of the surface. Thereafter this signs, the following parameters are determined: RMS value of tension, self-correlation function, macro-scale and spectrum. The results obtained for this method they are temporal functions. The photographic method consists of obtaining pictures of illuminated particles on the free surface of the water, with time of exhibition known. The method was improved by addition of two shots of flashes, to allow the determination of the variation of the speed. The pictures, then, are digitized in a graphic software and the values obtained are interpolated through the Kriging interpolation method. The photographic method is a spatial function. With the photographic method may be determined the following parameters: RMS value, self-correlation function and spectrum. The results obtained may provide the quantitative comparison between the self-correlation function and spectrum; and also the relation between the re-aeration coefficient, 'K IND.2', and the RMS value, that are obtained through the probe and the picture

A reaeração superficial é um importante fenômeno físico responsável pela transferência de massa do oxigênio atmosférico para o curso de água, através da interface ar-água. Esse fenômeno é caracterizado quantitativamente pelo coeficiente de reaeração superficial (K2). O K2 pode ser influenciado por diversos fatores naturais, em especial, a turbulência, que é afetada pelas características físicas, hidrológicas e hidráulicas do escoamento da água. Este coeficiente é comumente utilizado em modelos ambientais de qualidade da água, o que implica na necessidade da sua correta estimativa. A estimativa do K2 pode ser realizada por meio de métodos e modelos de predição, entre os métodos destacam-se o traçador gasoso e a sonda solúvel flutuante. O objetivo principal desta pesquisa foi verificar a variabilidade espacial e temporal do K2 em cinco trechos de quatro riachos tropicais localizados no município de São Carlos-SP, em um ano de amostragem. Nesses trechos foram mensuradas as principais variáveis químicas, físicas, hidrológicas e hidráulicas do escoamento da água, além do K2 e a velocidade de dissolução de uma sonda solúvel flutuante (VS). A estimativa do K2 ocorreu pelo método do traçador gasoso, sendo o SF6 e o NaCl os traçadores utilizados. A estimativa do VS ocorreu pelo método da sonda solúvel flutuante, confeccionada com ácido oxálico dihidratado e no formato esférico. Análises estatísticas de correlação (Spearman, r) e variância (Kruskal-Wallis) foram realizadas, e modelos de regressão linear simples (RLS) e múltipla (RLM) foram desenvolvidos. Os trechos apresentaram profundidades e larguras médias inferiores a 0,42 m e 3,27 m, respectivamente. A vazão e a velocidade (U) média variaram de 0,001 m3.s-1 a 0,110 m3.s-1 e de 0,01 m.s-1 a 0,33 m.s-1, respectivamente. Os números de Reynolds e Froude (Fr) foram inferiores a 34070 e 0,36, respectivamente. Os K2 variaram de 16,90 dia-1 a 373,80 dia-1 e os VS, de 0,08 mm.min-1 a 0,77 mm.min-1. Os resultados demonstraram variação espacial significativa e temporal não significativa para as variáveis físicas, hidrológicas, hidráulicas, e também para o K2 e VS. U e Fr foram as principais variáveis que se correlacionaram com o K2 (r > 0,68). Um adequado modelo RLM de predição do K2 (R² = 0,75), baseado em todas as variáveis físicas, hidrológicas e hidráulicas e no VS, foi obtido. O modelo RLS, baseado apenas na relação entre K2 e VS, não foi adequado (R² = 0,43) para a predição do K2. A razão entre os fenômenos da reaeração superficial e dissolução da sonda solúvel flutuante não foi constante, e foi afetada pela turbulência na interface ar-água, o que indicou que o método da sonda solúvel flutuante ainda precisa ser aprimorado. Espera-se que, além de gerarem dados sobre um método (sonda solúvel flutuante) e tema (reaeração superficial) ainda relativamente pouco estudados em riachos tropicais, as informações apresentadas sobre as principais variáveis intervenientes no fenômeno de reaeração superficial e dissolução em riachos possam oferecer direcionamentos a estudos ambientais, especialmente àqueles que versam sobre a qualidade dos recursos hídricos. / Surface reaeration is an important physical phenomenon responsible for the transfer of atmospheric oxygen mass into the water course through the air-water interface. This phenomenon is quantitatively characterized by the surface reaeration coefficient (K2). K2 can be influenced by several natural factors, especially turbulence, which is affected by the physical, hydrologic and hydraulic characteristics of the watercourse. This coefficient is commonly used in environmental models of water quality, which implies the need for its correct estimation. The estimation of K2 can be performed by models of prediction and methods, among the methods the gas tracer and the floating soluble probe stand out. The aim of this research was to verify the spatial and temporal variability of K2 in five stretches of four tropical streams located in the city of São Carlos-SP, in a year of sampling. In these stretches the main chemical, physical, hydrological and hydraulic variables of the watercourse were measured, besides K2 and the dissolution rate of the floating soluble probe (VS). The estimation of K2 occurred by the gas tracer method, with SF6 and NaCl being the tracers used. The VS estimation was carried out by the floating probe method, made with oxalic acid dihydrate and in spherical format. Statistical analyzes of correlation (Spearman, r) and variance (Kruskal-Wallis) were performed, and simple linear regression (SLR) and multiple linear regression models (MLR) were developed. The stretches presented mean depths and widths of less than 0.42 m and 3.27 m, respectively. The flow rate and average velocity (U) ranged from 0.001 m3 s-1 to 0.110 m3s-1 and from 0.01 m.s-1 to 0.33 m.s-1, respectively. The Reynolds and Froude (Fr) numbers were less than 34070 and 0.36, respectively. The K2 ranged from 16.90 day-1 to 373.80 day-1 and the VS, from 0.08 mm.min-1 to 0.77 mm.min-1. The results showed significant spatial variation and a non-significant temporal variation for the physical, hydrological and hydraulic variables, as well as for K2 and VS. U and Fr were the main variables that correlated with K2 (r > 0.68). A suitable MLR prediction model of K2 (R² = 0.75), based on all physical, hydrological and hydraulic variables and VS, was obtained. The SLR model, based only on the relationship between K2 and VS, was not adequate (R² = 0.43) for K2 prediction. The ratio between the phenomena of surface reaeration and dissolution of the floating soluble probe was not constant and was affected by turbulence at the air-water interface, which indicated that the floating soluble probe method still needs to be improved. It is expected that, in addition to generating data on a method (floating soluble probe) and surface (surface reaeration) that are still relatively little studied in tropical streams, the information presented on the main variables involved in the phenomenon of surface reaeration and dissolution in streams may offer environmental studies, especially those dealing with the quality of water resources.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The use of the coefficient of reaeration and quantification of atmospheric reaeration templates for use in process water quality and can be determined by various methods or determined experimentally using formulas that describe the behavior of flow through its hydraulic system. The Approximate Delta method is a experimental method of the simple application. Mathematical models of water quality are instruments developed to assist in problem solving, however their use depends on experimental results. This research aimed to evaluate the importance of experimental determination of kinetic parameters, surface reaeration coefficient K2, in modeling of water quality of the river Vacacaí Mirim. To calculate the coefficient of reaeration, Delta Approximate method, used in the experiments, it was shown a technique to obtain easy field data, simple calculations and experimental apparatus with a low cost. However, this method has limitations in the calculation in places with sewage dumps, as was observed in the data obtained from monitoring points 1 and 2. In these places, in urban areas, there is the discharge of untreated wastewater into the river Vacacaí Mirim modifying the values of dissolved oxygen and causing a wobble in her bow. In monitoring point 3, where there is no presence of inflow of sewage into the river, the Delta Approximate method showed very favorable and consistent results. Obtaining the coefficient of reaeration through calculations of equations proposed in the literature and by the model QUAL2E exhibited large variations in their responses, confirming the claim limitation of using them for obtaining K2, being restricted to using these equations where been developed. When comparing data reaeration coefficient between the experimental methodology by Delta Approximate method and the responses of the equations, it was found that the proposed Formentini (2010) resulted in good fits to the observed data. The information collected experimentally were used as input data in QUAL2E model for simulation of dissolved oxygen in the river Vacacaí Mirim. The QUAL2E model has proved to be an effective tool for obtaining OD in rivers. / O uso do coeficiente de reaeração é na quantificação do processo de reaeração atmosférica para utilização em modelos de qualidade da água e pode ser determinado através de diversos métodos de determinação experimental ou através de fórmulas que descrevem o comportamento do escoamento através de seu regime hidráulico. O método Delta Aproximado é um método experimental de simples aplicação. Os modelos matemáticos de qualidade da água são instrumentos desenvolvidos para auxiliar na solução de problemas, no entanto a sua utilização depende de resultados experimentais. Esta pesquisa objetivou-se avaliar a importância da determinação experimental do parâmetro cinético, coeficiente de reaeração superficial K2, na modelagem da qualidade da água do rio Vacacaí Mirim. Para o cálculo do coeficiente de reaeração, o método Delta Aproximado, usado nos experimentos, demonstrou-se uma técnica de fácil obtenção de dados a campo, de cálculos simples e com um aparato experimental de baixo custo. Porém, esse método possui limitação no cálculo em locais com despejos de esgoto, como foi observada nos dados obtidos dos pontos de monitoramento 1 e 2. Nesses locais, em áreas urbanas, nota-se o despejo de esgoto no rio Vacacaí Mirim modificando os valores de oxigênio dissolvido e provocando uma oscilação em sua curva. No ponto de monitoramento 3, onde não há presença de aporte de esgoto no rio, o método Delta Aproximado apresentou resultados bastante favoráveis e uniformes. A obtenção do coeficiente de reaeração através dos cálculos de equações propostas na literatura e pelo próprio modelo QUAL2E, apresentou grandes variações em suas respostas, confirmando a afirmativa de limitação do uso das mesmas para obtenção do K2, sendo essas equações restringidas ao uso onde foram desenvolvidas. Na comparação de dados de coeficiente de reaeração entre a metodologia experimental através do método Delta Aproximado e as respostas das equações, verificou-se que a proposta de Formentini (2010) resultou em bons ajustes com os dados observados. As informações coletadas experimentalmente foram usadas como dados de entrada no modelo QUAL2E para simulação do oxigênio dissolvido no rio Vacacaí Mirim. O modelo QUAL2E demonstrou-se uma ferramenta eficaz para obtenção do OD em rios.

A importância dada aos parâmetros de qualidade da água, principalmente nas últimas décadas justifica a realização desse trabalho, que investiga a relação de alguns parâmetros turbulentos com o coeficiente de reaeração, 'K IND.2', através de duas técnicas distintas de medida: o método ótico e a técnica fotográfica. O método ótico relaciona a intensidade de luz recebida por um diodo imerso na água com a velocidade vertical no ponto onde é realizada a medida; os dados coletados pelo método ótico constituem um sinal elétrico que contém a informação da deformação da superfície. A partir desse sinal determinam-se os seguintes parâmetros: valor RMS da tensão, função de autocorrelação, macroescala e espectro. Os resultados obtidos por esse método são funções temporais. O método fotográfico consiste em obter fotografias de partículas iluminadas sobre a superfície livre da água, com tempo de exposição conhecido. O método foi melhorado pela adição de dois disparos de flash, para permitir a determinação da variação da velocidade. As fotos são digitalizadas em um software gráfico e os valores obtidos são interpolados através do método Kriging de interpolação. O método fotográfico é uma função espacial. A partir do método fotográfico são determinados os seguintes parâmetros: valor RMS, função de autocorrelação e espectro. Os resultados obtidos permitem a comparação quantitativa entre as funções de autocorrelação e espectros, e a relação entre o coeficiente de reaeração, 'K IND.2' e o valor RMS obtidos pela sonda e pela foto / The importance given to the parameters of quality of the water, mainly in the last decades, it justifies the accomplishment of this work, that it investigates the relation of some turbulent parameters with the re-aeration coefficient, 'K IND.2', through two different techniques of measure: the optic method and the photographic technique. The optic method relates the intensity of the light received by a immersed diode in the water with the vertical speed at the point where the measure is accomplished; the data collected by the optic method are electric signs that contains the information of the deformation of the surface. Thereafter this signs, the following parameters are determined: RMS value of tension, self-correlation function, macro-scale and spectrum. The results obtained for this method they are temporal functions. The photographic method consists of obtaining pictures of illuminated particles on the free surface of the water, with time of exhibition known. The method was improved by addition of two shots of flashes, to allow the determination of the variation of the speed. The pictures, then, are digitized in a graphic software and the values obtained are interpolated through the Kriging interpolation method. The photographic method is a spatial function. With the photographic method may be determined the following parameters: RMS value, self-correlation function and spectrum. The results obtained may provide the quantitative comparison between the self-correlation function and spectrum; and also the relation between the re-aeration coefficient, 'K IND.2', and the RMS value, that are obtained through the probe and the picture

O coeficiente de reaeração constitui-se no principal parâmetro usado em modelos de qualidade na avaliação preventiva do efeito da descarga de resíduos orgânicos sobre a concentração do oxigênio dissolvido (OD) em cursos de água naturais. Na literatura os valores observados para a concentração de saturação de OD em procedimentos experimentais para a determinação das taxas de reaeração superficial são, geralmente, reportados como inferiores aos valores calculados para as condições de temperatura, salinidade e pressão em que os experimentos foram realizados. Esse fato interfere significativamente na determinação do coeficiente de reaeração superficial, K2. Avalia-se neste trabalho a hipótese de que nessas situações a água é exposta a uma fonte de OD, que é a superfície em contato com a atmosfera, mas também a um sumidouro de OD, criado pelo próprio sistema de movimentação do fluido. O modelo matemático amplamente utilizado para estes fins não considera essa última possibilidade. Neste estudo foi comparada a eficácia deste modelo com um que considera a existência sumidouros do OD, o que justifica a baixa estimativa da concentração de saturação deste gás. Observou-se uma forte correlação entre a pressão na linha de sucção do sistema de recirculação e o valor do coeficiente de desoxigenação K*3 , que quantifica a intensidade do sumidouro. / The reaeration coefficient constitutes the main parameter used in models for the quality assessment of the preventive effect of the discharge of organic wastes on the concentration of dissolved oxygen (DO) in natural waterways. In the literature the values observed for the saturation concentration of DO in experimental procedures for determining the surface reaeration rates are generally reported as lower than the values calculated for the conditions of temperature, salinity and pressure at which the experiments were performed. This interferes significantly in the determination of surface reaeration coefficient, K2. In this work the following hypothesis is evaluated: that in these situations the water is exposed to a source of DO, which is the surface in contact with the atmosphere, as well as an DO sink, created by the pumping system. The mathematical model widely used does not consider this possibility. In this study the two kind of models were compared and the reasons for divergence were looked upon. There was a strong correlation between the pressure drop in the suction line of the recirculation system and a pseudo-coefficient of deoxygenation K*3 , which quantifies the sink intensity.

O coeficiente de reaeração constitui-se no principal parâmetro usado em modelos de qualidade na avaliação preventiva do efeito da descarga de resíduos orgânicos sobre a concentração do oxigênio dissolvido (OD) em cursos de água naturais. Na literatura os valores observados para a concentração de saturação de OD em procedimentos experimentais para a determinação das taxas de reaeração superficial são, geralmente, reportados como inferiores aos valores calculados para as condições de temperatura, salinidade e pressão em que os experimentos foram realizados. Esse fato interfere significativamente na determinação do coeficiente de reaeração superficial, K2. Avalia-se neste trabalho a hipótese de que nessas situações a água é exposta a uma fonte de OD, que é a superfície em contato com a atmosfera, mas também a um sumidouro de OD, criado pelo próprio sistema de movimentação do fluido. O modelo matemático amplamente utilizado para estes fins não considera essa última possibilidade. Neste estudo foi comparada a eficácia deste modelo com um que considera a existência sumidouros do OD, o que justifica a baixa estimativa da concentração de saturação deste gás. Observou-se uma forte correlação entre a pressão na linha de sucção do sistema de recirculação e o valor do coeficiente de desoxigenação K*3 , que quantifica a intensidade do sumidouro. / The reaeration coefficient constitutes the main parameter used in models for the quality assessment of the preventive effect of the discharge of organic wastes on the concentration of dissolved oxygen (DO) in natural waterways. In the literature the values observed for the saturation concentration of DO in experimental procedures for determining the surface reaeration rates are generally reported as lower than the values calculated for the conditions of temperature, salinity and pressure at which the experiments were performed. This interferes significantly in the determination of surface reaeration coefficient, K2. In this work the following hypothesis is evaluated: that in these situations the water is exposed to a source of DO, which is the surface in contact with the atmosphere, as well as an DO sink, created by the pumping system. The mathematical model widely used does not consider this possibility. In this study the two kind of models were compared and the reasons for divergence were looked upon. There was a strong correlation between the pressure drop in the suction line of the recirculation system and a pseudo-coefficient of deoxygenation K*3 , which quantifies the sink intensity.