Os reservatórios são utilizados pelo homem há milhares de anos e são fundamentais em países que apresentam uma matriz energética predominantemente hidrelétrica como o Brasil. Desta forma, há uma preocupação relacionada à vida útil de um reservatório que é influenciada diretamente pelo transporte e deposição de sedimentos. No entanto, a maioria dos reservatórios nacionais não apresenta atualmente estudos hidrossedimentológicos consistentes para auxiliar seus gestores no planejamento e gerenciamento dos mesmos. Uma das principais justificativas apresentadas para a ausência destes estudos se refere à dificuldade na aplicação de metodologias relacionadas à sedimentologia nos recursos hídricos. Neste contexto, a tese apresenta o desenvolvimento de uma ferramenta computacional (NH Sediment) de livre acesso que poderá auxiliar os gestores de reservatórios no monitoramento e análise dos parâmetros hidrossedimentológicos. A ferramenta computacional é fundamentada em metodologias consolidadas na literatura técnica e acadêmica. Ela permite que o usuário estime parâmetros hidrossedimentólogicos, como a descarga sólida total, o peso específico aparente, a eficiência de retenção, além do volume assoreado e do tempo de vida útil de reservatórios. A ferramenta foi aplicada no Reservatório da Pequena Central Hidrelétrica de Mogi-Guaçu (SP) e foi possível observar que os resultados estavam condizentes com os parâmetros obtidos no levantamento de campo (dados primários) e com os dados fornecidos pela empresa que administra a PCH. Desse modo, a ferramenta computacional é mais uma alternativa para auxiliar o acompanhamento do processo de assoreamento em reservatórios, principalmente das pequenas centrais hidrelétricas onde este problema tende a ser maior. Além disso, ela também poderá ajudar na escolha das melhores medidas para prevenção ou minimização de parte dos problemas causados pelos sedimentos nos reservatórios. / Reservoirs have been used by people for thousands of years and are essential in countries with a predominantly hydroelectric energy matrix, such as Brazil. Although, there is a concern about the life of a reservoir, which is directly influenced by transport and deposition of sediments, most national reservoirs have not conducted consistent hydrosedimentological studies to assist their managers in their planning and managing. One of the main justifications for such a lack is the difficulty of application of methodologies related to sedimentology in water resources. This thesis addresses the development of a computational tool (NH Sediment) of free access that can assist reservoir managers in monitoring and analyzing hydrosedimentological parameters. The tool is based on methodologies consolidated in the technical and academic literature and enables users to estimate hydrosedimentological parameters, such as total solid discharge, apparent specific weight, retention efficiency, silting volume and lifetime of reservoirs. It was applied to the reservoir of the Small Hydropower Plant (SHP) of Mogi-Guaçu (SP) and the results were consistent with the parameters obtained in a field survey conducted and data provided by the company that manages SHP. It has proven an alternative to help users in monitoring the silting process in reservoirs, especially in small hydropower plants, where this problem tends to be more serious. It can also be employed for the choice of best measures for the prevention or minimization of problems caused by sediments in reservoirs.

A expansão do cultivo de cana-de-açúcar motivada pelo aumento na demanda por etanol após lançamento da tecnologia fex fuel, resultou em grandes transformações na paisagem. O estado de São Paulo absorveu boa parte das áreas de expansão, que se instalaram em novas regiões do estado. A expansão ocorrida gera reflexões sobre os impactos ambientais negativos associados à cultura canavieira, sobretudo quanto às alterações no regime hidrossedimentológico das bacias hidrográficas. Neste contexto o presente estudo buscou avaliar a influência da expansão do cultivo da cana de açúcar sobre os aspectos hidrossedimentológicos (taxa de escorrimento superficial e produção de sedimento) em uma região onde houve um aumento significativo desta cultura. O local de estudo é a microbacia do córrego Cana do Reino, localizada no município de Votuporanga – SP. A avaliação se deu por meio de um comparativo entre as taxas de escorrimento e da produção de sedimentos para os cenários antes do período de expansão do cultivo desta cultura (2005) e após a expansão (2014), utilizando o Modelo SWAT. As simulações das vazões médias mensais apresentaram resultados satisfatórios após a calibração. Nesta etapa obtiveram-se valores para os coeficientes de eficiência de Nash-Sutcliffe (NSE), coeficiente de determinação (R²) e percentual de tendências (PBIAS) de respectivamente, 0,85, 0,82 e -1,5. Na validação observou-se valores de NSE, R² e PBIAS, iguais a 0,76, 0,81 e -9,0, respectivamente. Nas simulações contatou-se que as taxas médias de escorrimento superficial e produção de sedimentos para o cenário de 2005 foram de 44 mm e 2,6 ton.ha-1.ano-1. Para o cenário de 2014 obteve-se 70 mm e 4,5 ton.ha-1.ano-1. A partir dos resultados obtidos, conclui-se que o Modelo SWAT demonstrou-se satisfatório para a análise comparativa entre os cenários. / The expansion of sugar cane cultivation motivated by the increased demand for ethanol after the launching of the fex fuel technology has resulted in major changes in the landscape. São Paulo state has absorbed many of the expansion areas settled in new regions. Such an expansion has given rise to reflections on the negative environmental impacts associated with sugarcane crop, especially regarding changes in the hydrosedimentological regime of river basins. The present study evaluates the influence of the expansion of sugar cane cultivation on hydrosedimentological aspects (rate of runoff and sediment production) in a region of significant increase in this culture. The study site is Cana do Reino watershed, located in Votuporanga city – SP. The evaluation was conducted through a comparison between the runoff rates and sediment yield for the scenarios before (2005) and after their expansion (2014) and based on SWAT model. Simulations of monthly average flow rates showed satisfactory results after calibration. Values of 0.85, 0.82 and -1.5 were obtained for the Nash-Sutcliffe efficiency coefficient (NSE), coefficient of determination (R²) and percentage of trends (PBIAS), respectively. The validation showed values of NSE, R² and PBIAS of 0.76, 0.81 and -9.0, respectively. The simulations revealed the average rates of runoff and sediment yield for the 2005 scenario were 44 mm and 2.6 ton.ha-1.ano-1, whereas values of 70 mm and 4.5 ton.ha-1.ano-1 were obtained for the 2014 scenario. According to the results, SWAT model proved satisfactory for a comparative analysis between the scenarios.

Conselho Nacional de Desenvolvimento CientÃfico e TecnolÃgico / This study aims to estimate the sedimentation of the BoqueirÃo, located in the 12-km Aiuaba Experimental Basin - BEA, through detailed survey of its soil classes, hydrosedimentological modelling in the watershed, analysis of the deposition and distribution of the bed material in the reservoir through mineralogical analysis and geoprocessing tools. The soil classes survey is performed through sampling and analysis of soil from different areas of the basin, where changes on soil and landscape characteristics may be visually noted. From the soil survey four distinct classes of soils are identified in the BEA: ARGISSOLOS AMARELOS EutrÃficos tÃpicos, LATOSSOLOS VERMELHO-AMARELO DistrÃficos tÃpicos, LUVISSOLOS CRÃMICOS PÃlico planossolicos and NEOSSOLOS LITÃLICOS DistrÃficos fragmentÃrios. The reservoir silting is estimated for the period 2000 to 2008 using the rating curve of sediment fluxes immediately upstream of the Boqueirao reservoir and daily water discharges generated using the model WASASED. Comparing the erosion values estimated by USLE with the sediment yield calculated by the sediment rating curve, a sediment delivery ratio of 3.4% is found and applied to the whole period since the dam was built. Since the Aiuaba catchment is located inside of an Ecological Protection Area of IBAMA, preserved since the year of 1977, the estimate of sediment yield for the initial period (1932-1976) takes into account two different scenarios of land use in the watershed concerning the percentage of agricultural use, and another characterization for the most recent period (1977-2011), based on the current survey of land use. The identification of sediment sources is performed using the erosion model and GIS techniques, with overlapping maps of each USLE parameters. To relate the deposited material in the reservoir bed to the sediment sources, samples of the reservoir deposit and the soil classes of the catchment are collected and analyzed techniques of X-Ray Diffraction To estimate the sediment deposition pattern at the reservoir, the sediment deposit thickness is assumed to be proportional to the water column at that point derived from a detailed topographical survey of the lake performed in this study.. The simulation of hydrosedimentological processesusing the USLE modelling indicates that sediment yield at the catchment may vary from 11,8 to 24,0 tonkm-2year-Â, which results in siltation rates ranging from 1.5 to 2.7% decade-Â, depending on the soil use scenario considered. The silting of the BoqueirÃo reservoir, since its construction (1932), results in a storage capacity decrease of about 11.6% and 16,3% for the two soil use scenarios with 10% and 30% of agricultural use, respectively.. The results also show that the thickness of the deposited sediment is much less than that observed in the field, by opening of trenches, which indicates that the sediment deposition processes had already occurred previously, before the dam construction, due to local topographical features. / Este estudo tem como objetivo estimar o assoreamento do aÃude BoqueirÃo, situado na Bacia Experimental de Aiuaba â BEA de 12 kmÂ, atravÃs do levantamento detalhado das classes de solo da bacia, modelagem hidrossedimentolÃgica na bacia hidrogrÃfica, estudo da deposiÃÃo e distribuiÃÃo do material no leito do reservatÃrio atravÃs de anÃlises mineralÃgicas e tÃcnicas de geoprocessamento. O levantamento das classes de solos à realizado a partir de visitas e observaÃÃes realizadas em campo e da coleta de amostras de diferentes regiÃes da bacia, de forma representativa, com identificaÃÃo de quatro classes distintas de solos na BEA: ARGISSOLOS AMARELOS EutrÃficos tÃpicos, LATOSSOLOS VERMELHO-AMARELO DistrÃficos tÃpicos, LUVISSOLOS CRÃMICOS PÃlico planossolicos e NEOSSOLOS LITÃLICOS DistrÃficos fragmentÃrios. O assoreamento do reservatÃrio à estimado para o perÃodo de 2000 e 2008 utilizando-se a curva-chave de sedimentos do reservatÃrio em questÃo e atravÃs de sÃries de vazÃes afluentes geradas pelo modelo WASASED. Comparando-se os valores de erosÃo estimados pela USLE e a produÃÃo de sedimentos gerada pela curva chave, obtÃm-se uma razÃo de aporte de sedimento de 3,4%, a ser usada na simulaÃÃo para todo o perÃodo desde a construÃÃo do reservatÃrio. Dado que a bacia em questÃo està inserida em uma EstaÃÃo EcolÃgica de ConservaÃÃo do IBAMA, sendo preservada desde o ano de 1977, a estimativa da produÃÃo de sedimentos considera para o perÃodo inicial (1932-1976) dois diferentes cenÃrios de uso do solo na bacia, quanto ao percentual de uso agropecuÃrio na bacia, e outra caracterizaÃÃo para o perÃodo mais recente (1977-2011), com base no levantamento atual de uso do solo. A identificaÃÃo das fontes de sedimentos à realizada utilizando o modelo USLE e tÃcnicas de geoprocessamento, com superposiÃÃo dos mapas de cada um dos parÃmetros. Para relacionar os sedimentos depositados no reservatÃrio com as Ãreas de contribuiÃÃo, amostras no leito do mesmo e em Ãreas representativas em cada uma das classes de solos sÃo coletadas e analisadas utilizando a tÃcnica de DifraÃÃo por Raios X. Para a estimativa do padrÃo de deposiÃÃo de sedimentos no reservatÃrio, admite-se que a espessura do depÃsito de sedimento à proporcional à coluna de Ãgua obtida do levantamento topogrÃfico detalhado da atual situaÃÃo do aÃude realizado neste estudo.. A simulaÃÃo dos processos hidrossedimentolÃgicos na bacia utilizando a modelagem da USLE indica valores de produÃÃo de sedimentos na bacia variando de 11,8 a 24,0 tonkm-2ano-Â, o que resulta em taxas de assoreamento variando entre 1,5 e 2,7 %decada-Â, dependendo do cenÃrio de uso do solo considerado. O assoreamento do aÃude BoqueirÃo, desde sua construÃÃo (1932), resulta em uma diminuiÃÃo de sua capacidade de armazenamento da ordem de 11,6% e 16,3% para os dois cenÃrios de uso do solo considerados, com 10 e 30% de uso agrÃcola, respectivamente. Os resultados tambÃm mostram que a espessura do sedimento depositado à bem inferior à observada em campo, atravÃs da abertura de trincheiras, indicando que o processo de deposiÃÃo de sedimentos jà ocorria bem antes da construÃÃo da barragem, em virtude das caracterÃsticas topogrÃficas locais.

Os reservatórios são utilizados pelo homem há milhares de anos e são fundamentais em países que apresentam uma matriz energética predominantemente hidrelétrica como o Brasil. Desta forma, há uma preocupação relacionada à vida útil de um reservatório que é influenciada diretamente pelo transporte e deposição de sedimentos. No entanto, a maioria dos reservatórios nacionais não apresenta atualmente estudos hidrossedimentológicos consistentes para auxiliar seus gestores no planejamento e gerenciamento dos mesmos. Uma das principais justificativas apresentadas para a ausência destes estudos se refere à dificuldade na aplicação de metodologias relacionadas à sedimentologia nos recursos hídricos. Neste contexto, a tese apresenta o desenvolvimento de uma ferramenta computacional (NH Sediment) de livre acesso que poderá auxiliar os gestores de reservatórios no monitoramento e análise dos parâmetros hidrossedimentológicos. A ferramenta computacional é fundamentada em metodologias consolidadas na literatura técnica e acadêmica. Ela permite que o usuário estime parâmetros hidrossedimentólogicos, como a descarga sólida total, o peso específico aparente, a eficiência de retenção, além do volume assoreado e do tempo de vida útil de reservatórios. A ferramenta foi aplicada no Reservatório da Pequena Central Hidrelétrica de Mogi-Guaçu (SP) e foi possível observar que os resultados estavam condizentes com os parâmetros obtidos no levantamento de campo (dados primários) e com os dados fornecidos pela empresa que administra a PCH. Desse modo, a ferramenta computacional é mais uma alternativa para auxiliar o acompanhamento do processo de assoreamento em reservatórios, principalmente das pequenas centrais hidrelétricas onde este problema tende a ser maior. Além disso, ela também poderá ajudar na escolha das melhores medidas para prevenção ou minimização de parte dos problemas causados pelos sedimentos nos reservatórios. / Reservoirs have been used by people for thousands of years and are essential in countries with a predominantly hydroelectric energy matrix, such as Brazil. Although, there is a concern about the life of a reservoir, which is directly influenced by transport and deposition of sediments, most national reservoirs have not conducted consistent hydrosedimentological studies to assist their managers in their planning and managing. One of the main justifications for such a lack is the difficulty of application of methodologies related to sedimentology in water resources. This thesis addresses the development of a computational tool (NH Sediment) of free access that can assist reservoir managers in monitoring and analyzing hydrosedimentological parameters. The tool is based on methodologies consolidated in the technical and academic literature and enables users to estimate hydrosedimentological parameters, such as total solid discharge, apparent specific weight, retention efficiency, silting volume and lifetime of reservoirs. It was applied to the reservoir of the Small Hydropower Plant (SHP) of Mogi-Guaçu (SP) and the results were consistent with the parameters obtained in a field survey conducted and data provided by the company that manages SHP. It has proven an alternative to help users in monitoring the silting process in reservoirs, especially in small hydropower plants, where this problem tends to be more serious. It can also be employed for the choice of best measures for the prevention or minimization of problems caused by sediments in reservoirs.

Desde o início das investigações sobre o fundo do mar, considerável progresso no entendimento do ambiente marinho foi conquistado. A tecnologia e as ferramentas de mapeamento e análise desenvolvidas para estudar o fundo oceânico permitem que se descreva, com um certo grau de detalhamento, o relevo e, até mesmo, estruturas internas de camadas de sedimentos de diferentes tamanhos, que estão lá no fundo do mar, depositados ao longo de milhões de anos de história do planeta. O grande mistério, que até os dias de hoje ainda não foi completamente explicado, é o modo como esses sedimentos são transportados para o fundo do mar e geram depósitos no fundo oceânico, a centenas de quilômetros da costa? Acredita-se que os canyons que existem no fundo do mar sejam as vias expressas de transporte de boa parte desses sedimentos, já que se constata a existência de um grande volume de material depositado na parte terminal dos sistemas canalizados. A proposta dessa investigação experimental partiu de reprodução, em laboratório, dos processos que poderiam estar envolvidos na formação dos canyons. A teoria mais aceita existente na literatura, atribui a atuação de correntes de densidade durante as regressões do nível do mar como sendo o principal fator que desencadeou a formação dos canyons. A hipótese desse trabalho inclui, além da atuação das correntes de densidade, a atuação de um fluxo de aquífero mais intenso aflorando na região do talude. O fluxo de aquífero mais intenso é justificado pela ocorrência de um aumento de gradiente hidráulico, produzido durante o rebaixamento do nível do mar, durante as fazes de regressão. A simulação física é uma ferramenta poderosa e robusta, utilizada há mais de um século no dimensionamento de aviões, foguetes, pontes, torres, descarregadores de barragens, vertedores e muitos outros tipos de estruturas. A mesma ferramenta pode ser utilizada para gerar modelos do processo de transporte sedimentar em escala reduzida. Esse tipo de estudo parte do conhecimento dos elementos envolvidos no fenômeno investigado – no caso específico, o fundo do mar, a água e os sedimentos – e dos processos aos quais esses elementos possivelmente estão sujeitos no ambiente natural. Esta pesquisa, fundamentada na modelagem física, tentou reproduzir um fluxo de aquífero que aflora no talude e, concomitantemente, a atuação de correntes de densidade, produzindo assim em laboratório um ambiente análogo ao natural durante as fases de regressão do nível do mar, com base em teorias da bibliografia. A metodologia experimental adotada partiu da construção de um depósito cuja geometria representa um V talude com cerca de 1,5 metro de largura, 0,6 metro de comprimento e 0,25 metro de altura. O talude possui rampas com declividades entre 15 e 30 graus. Os sedimentos utilizados foram carvão mineral com fração de areia grossa, areia grossa de origem siliciclástica e calcário com frações de silte e argila. Os sedimentos de frações de areia foram utilizados na construção dos taludes testados, e o calcário, na produção das correntes de densidade. Os experimentos simularam escoamentos em meio poroso dentro do talude, reproduzindo um fluxo de água subterrânea de sistema aquífero que aflorou na região do declive, tendo sido medidas as vazões do aquífero e os respectivos gradientes hidráulicos. Foram também simuladas correntes de densidade com diferentes concentrações e intensidades, bem como obtidos valores médios de espessuras, velocidades e concentrações de sedimentos. Através da simulação, foram produzidas sequências de processos de erosão do talude, que iniciaram com escorregamentos – gerados a partir do aumento da vazão dentro do aquífero reproduzido – e terminaram com a geração de canyons – através da atuação simultânea de correntes de densidade. Os resultados mostraram que existe um significativo elo de ligação entre esses dois processos – fluxo de água subterrânea de sistema aquífero e correntes de densidade –, de tal modo que ambos são necessários para que ocorra a formação dos canyons e para que um grande volume de material seja efetivamente erodido e transportado. As correntes de densidade sozinhas, dentro da escala de simulação, não possuem capacidade de erosão e transporte de sedimentos muito significativa. O sistema de transporte via correntes só é efetivo quando existe um fluxo de aquífero atuando concomitantemente. A observação dos processos de erosão e deposição durante os experimentos, bem como análise do banco de imagens obtidas permitiram a construção de um modelo de formação e evolução de canyons. A formação passa por sequências ordenadas, onde o desenvolvimento de um knickpoint desencadeia um processo de erosão remontante, escavando um sulco que evolui para um canyon formado por uma cabeceira conectada a plataforma bem como depósitos associados. Os dados gerados na simulação física foram comparados com dados do ambiente natural, descritos em trabalhos acadêmicos publicados, e logrou-se provar que os parâmetros medidos estão dentro de valores passíveis de ser encontrados no ambiente natural. Além disso, o cálculo de extrapolação permitiu identificar canyons naturais análogos aos produzidos em laboratório. Os parâmetros dinâmicos das correntes de densidade, bem com as concentrações volumétricas de sedimentos e as faixas de tamanhos de grãos extrapolados estão também dentro de escalas medidas em protótipos análogos. As escalas encontradas seriam de 1:5000 na vertical (com exagero de 2 a 3 vezes) e 1:10000 e VI 1:15000 na horizontal. Assim, é possível que os resultados obtidos neste trabalho venham a elucidar um pouco as dúvidas que estão pendentes há muito tempo acerca do objeto de estudo. / Since the beginning of the deep sea research, considerable progress has been achieved in understanding the marine environment. The technology and tools developed for mapping and analyzing the ocean floor allow a detailed description of the relief and even the internal structures of sediment layers of different sizes that are there, in the bottom of the sea, deposited over millions of years of planetary history. The great mystery, which to this day has not yet been fully explained, is the way these sediments are transported to the seabed. How do sediments of varying sizes reach distances hundreds of miles beyond the coastline and generate deposits on the ocean floor? It is believed that the canyons that exist on the seabed are the express ways through which the transport of a good part of these sediments occurs, given that there is a great volume of material deposited in the terminal parts of these channeled systems. Thus, the focus of speculation and interest has been directed to canyons and density currents, which serve, respectively, as the pathway and the vehicle for sediments. The major obstacle to investigating the role of canyons and currents in the sediment transfer process is the difficulty in observing and measuring phenomena in the natural environment. Besides the scale problem, there is also the rarity of occurrence of events. In fact, it is practically impossible to predict when and where a density current will occur. And if it were possible to predict, how could it be measured? With what equipment? Physical simulation is a powerful and robust tool, used for more than a century in the scaling of aircraft, rockets, bridges, towers, dams, spillways and many other structures. The same tool can be used to generate small scale models of the sediment transport process. This type of study is based on the knowledge of the elements involved in the phenomenon investigated – in this case, the seabed, water and sediments – and the processes to which these elements are possibly subject in the natural environment. This research, based on physical modeling, allowed to reproduce in a laboratory, in a reduced scale, processes similar to those that possibly occur in the seabed. The experimental methodology adopted was based on the construction of a deposit whose geometry represents a slope about 1.5 meters wide, 0.6 meters long and 0.25 meters high. The slope has declivities between 15 and 30 degrees. The sediments used were mineral coal of a coarse sand fraction, coarse sand of siliciclastic origin and limestone with fractions of silt and clay. The sediments of sand fractions were used in the construction of the experimental slopes, and the limestone, in the production of the density currents. The experiments simulated water flows in porous medium within the slope, reproducing an VIII aquifer flow. Density currents were also simulated, since they are generally considered as an important mechanism of sediment transport in the natural environment. began with slides – generated from an increasing flow rate within the simulated aquifer – and ended with the generation of canyons – through the simultaneous action of density currents. The results show that there is a significant link between these two processes – aquifer flow and density currents –, in such a way that both are necessary for the formation of canyons to occur and for a large volume of material to be effectively eroded and transported. Density currents alone, within the simulation scale, do not have very significant sediment transport capacity. The density currents transport system is only effective when there is an aquifer flow acting concomitantly. The observation of the erosion and deposition processes during the experiments, as well as the analysis of the bank of images obtained allowed the construction of a model of formation and evolution of canyons. The formation passes through ordered sequences, where the development of a knickpoint triggers a process of erosion remontante, digging a groove that evolves to a canyon formed by a bedside connected to the platform as well as associated deposits. The data generated in the physical simulation were compared with data from the natural environment, described in published academic papers, which proved that the measured parameters are within the value range that can be found in the natural environment. In addition, the upscaling of the results allowed the identification of natural canyons analogous to those produced in the laboratory. The dynamic parameters of the density streams as well as the volumetric sediment concentrations and the extrapolated grain size ranges are also within scales measured in similar prototypes. The scales found would be 1: 5000 vertically and 1: 10000 and 1: 15000 horizontally. Thus, it is possible that the results obtained in this work will elucidate some doubts that have long been pending about the object of study.

Submitted by BRUNO PAVANELLI ZANELLA null (brunopzanella@gmail.com) on 2016-02-26T19:05:23Z No. of bitstreams: 1 TESE BRUNO PAVANELLI ZANELLA.pdf: 21746898 bytes, checksum: dfe54ee2f810b98550af3d99f8c3d4a7 (MD5) / Approved for entry into archive by Ana Paula Grisoto (grisotoana@reitoria.unesp.br) on 2016-02-29T13:55:20Z (GMT) No. of bitstreams: 1 zanella_bp_dr_guara.pdf: 21746898 bytes, checksum: dfe54ee2f810b98550af3d99f8c3d4a7 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-02-29T13:55:20Z (GMT). No. of bitstreams: 1 zanella_bp_dr_guara.pdf: 21746898 bytes, checksum: dfe54ee2f810b98550af3d99f8c3d4a7 (MD5) Previous issue date: 2016-01-28 / Fundação para o Desenvolvimento da UNESP (FUNDUNESP) / A avaliação do potencial de produção de sedimentos de uma bacia hidrográfica contribuinte de uma hidrelétrica é de extrema importância para a análise da viabilidade de implantação de uma planta geradora, sobretudo quando se trata de uma Pequena Central Hidrelétrica (PCH), pois o assoreamento pode comprometer a longevidade do empreendimento. Este estudo teve como objetivo aplicar e avaliar modelos de predição de aporte de sedimentos na bacia hidrográfica contribuinte da PCH Costa Rica, no Estado de Mato Grosso do Sul, gerados pelos softwares SWAT e InVEST. A bacia contribuinte desta PCH, com aproximadamente 1.200km², é integrante da bacia do Alto Rio Sucuriú, e apresenta escassez de dados de séries históricas de hidrologia e sedimentologia. A modelagem pelo software SWAT e InVEST permitiu verificar que a produção de sedimentos ocorre em altas taxas na bacia contribuinte desta PCH. A perda total de solo nesta bacia obtida pelo InVEST foi de 19,23 Mg ha-1 ano-1 (2.392.353,10 Mg ano-1), superior em 2,2 vezes o valor gerado pelo software SWAT, de 8,54 Mg ha-1 ano-1 (1.062.402,15 Mg ano-1). O total de sedimentos que efetivamente chega ao canal de adução da PCH Costa Rica estimada pelo InVEST foi de 100.674,20 Mg ano-1 de sedimentos, enquanto o SWAT apresentou um total 10,43 vezes superior (1.049.521,72 Mg ano-1). A diferença obtida entre os dois modelos pode ser atribuída às peculiaridades de cada software, sendo utilizada no InVEST, a relação máxima do aporte de sedimento definida em 80% que não é aplicada no SWAT representa a capacidade máxima de retenção possível em cada célula. A modelagem da perda de solo em bacias hidrográficas realizada pelos softwares SWAT e InVEST mostrou-se promissora, com elevada correlação entre si e com o Método de Einsten Modificado. Estes sedimentos são carreados e se acumulam nos cursos d’água, gerando problemas operacionais para esta PCH, que necessita de dragagem constante para permitir o funcionamento do empreendimento, gerando custos que não foram previstos na concepção do projeto. Diante deste cenário foi proposta a recomposição vegetal das áreas degradadas por processos erosivos intensos, com a utilização de biotecnologia, em sistema de plantio direto de espécies nativas do Cerrado em consórcio com leguminosas inoculadas com rizóbio. A simulação do InVEST para o cenário futuro com recomposição vegetal de 13,78 km2 das APPs hídricas desta bacia gerou uma redução na produção de sedimentos de 6.464,99 Mg ano-1, demonstrando que a adoção de práticas conservacionistas pelos produtores da bacia contribuinte da PCH Costa Rica pode amenizar os processos erosivos, aumentar a capacidade produtiva dos solos e diminuir os custos desta hidrelétrica com o desassoreamento do canal de adução. / The evaluation of sediment production potential in a hydroelectric watershed is extremely important for the deployment of assessing the feasibility of a generating plant, especially in the case of a Small Hydroelectric Plant (SHP) because the sediment deposition may compromise the longevity of the project. This study aimed to implement and evaluate sediment delivery prediction models in the watershed of SHP Costa Rica in the state of Mato Grosso do Sul, generated by SWAT and InVEST software. The basin of this SHP, with approximately 1.200km², is an upper portion of the Sucuriú river basin and presenting scarcity of data time series of hydrology and sedimentology. Modeling by SWAT and InVEST software has shown that the production of sediments occurs at high rates in the basin of this SHP. The total soil losses in watersheds of this SHP obtained by InVEST was 19,23 Mg ha-1 ano-1 (2392353,10 Mg ano-1), higher than the value obtained by SWAT software with 8,54 Mg ha-1 ano-1 (1062402,15 Mg ano-1). The sediment that reaches the adduction channel of SHP Costa Rica estimated by InVEST is 100,674.20 Mg year-1 of sediments, while the SWAT has a total 10.43 times higher (1.049.521,72 Mg ano-1). The difference obtained between the two models can be attributed to the peculiarities of each software being used in InVEST, the maximum ratio of sediment contribution set at 80% which is not applied in SWAT is the maximum capacity possible retention in each cell. The modeling of soil loss in river basins performed by SWAT and InVEST software proved promising, with high correlation with each other and the method of Modified Einstein. These sediments are carried and accumulate in streams, creating operational problems for SHP Costa Rica, which requires dredging to allow operation, and generates costs that were not anticipated in the initial project. In this scenario was proposed a plant recovery of degraded areas with the use of biotechnology in no-tillage system of native Cerrado species intercropped with legumes inoculated with Rhizobium. The simulation of InVEST for future scenario with plant recovery of 13.78 km2 of hydric permanent preservation areas in the SHP Costa Rica basin generated a reduction of 6464.99 Mg year-1 in the total loss of sediment in small watersheds. The adoption of conservation practices by farmers of the SHP Costa Rica basin can mitigate the erosive processes, increase the productive capacity of soils and reduce the costs of this hydropower plant with dredging in the adduction channel. / FUNDUNESP: 1886/2011

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Departamento de Geografia, Programa de Pós-Graduação em Geografia, 2015. / Submitted by Raquel Viana (raquelviana@bce.unb.br) on 2016-01-25T20:51:35Z No. of bitstreams: 1 2015_IsabelaCatarinaSouza.pdf: 3880577 bytes, checksum: 4a8776588e9bed1f373dc8da8035ae76 (MD5) / Rejected by Marília Freitas(marilia@bce.unb.br), reason: Raquel, pode excluir essa submissão! Já aprovei a outra e apaguei a que estava duplicada! :) on 2016-01-26T12:04:39Z (GMT) / Submitted by Raquel Viana (raquelviana@bce.unb.br) on 2016-05-05T20:00:33Z No. of bitstreams: 1 2015_IsabelaCatarinaSouza.pdf: 3880577 bytes, checksum: 4a8776588e9bed1f373dc8da8035ae76 (MD5) / Approved for entry into archive by Marília Freitas(marilia@bce.unb.br) on 2016-05-26T16:45:07Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2015_IsabelaCatarinaSouza.pdf: 3880577 bytes, checksum: 4a8776588e9bed1f373dc8da8035ae76 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-05-26T16:45:07Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2015_IsabelaCatarinaSouza.pdf: 3880577 bytes, checksum: 4a8776588e9bed1f373dc8da8035ae76 (MD5) / Compreender o comportamento de bacias hidrográficas tem adquirido relevância tanto em âmbito acadêmico quanto socioeconômico, pois, basicamente, são essas unidades geomorfológicas, com seus atributos naturais, que sustentam a vida humana sobre a terra. Dessa forma decidiu-se realizar este estudo hidrossedimentológico na bacia hidrográfica do Ribeirão do Gama, que fornece água e sedimentos para o Lago Paranoá – Distrito Federal. A fim de compreender o comportamento sedimentológico dessa bacia, buscou-se medir a quantidade de sedimentos em suspensão através de coleta de amostras e cálculo de seu volume. Os métodos utilizados nas coletas de sedimento em suspensão foram: Igual Incremento Largura - IIL, Vertical Central e o Amostrador Automático. Nas coletas manuais foram utilizados dois amostradores: USDH-48 e USDH-59. Já na coleta automática utilizou-se o ISCO 6712. Ademais, foram medidos alguns índices morfométricos da área, uma vez que estes auxiliam na dinâmica de transporte dos sedimentos em suspensão. Adicionalmente, obtiveram-se as curvas-chave de descarga líquida da bacia hidrográfica do Ribeirão do Gama, assim como de duas de suas sub-bacias (córrego Capetinga e córrego Taquara), a partir das quais calculou-se a carga sedimentar das três bacias hidrográficas. Estes resultados possibilitaram inferir alguns comportamentos hidro-fluviossedimentométricos para a área de estudo, a qual tem sua importância para a qualidade hídrica da bacia do Ribeirão do Gama, para a agricultura local, a geração de energia elétrica, a manutenção da biodiversidade de região, o abastecimento hídrico humano, dentre outros fatores socioeconômicos. / Understanding physical behavior of river basins has turned into a relevant issue in both academic and socioeconomic level, this Geomorphological unit and its physical atributes, sustains human life and the countries´s economies. Thus, the hydrosedimentological study of Ribeirão Gama basin, which is one of the Paranoá Lake - Distrito Federal's major supplier, became much more significant. To achieve project proposal the use of morphometric ratios were necessary in all area, as those interferes in the dynamics which controls the spatial distribution of materials and energy, such as dynamic regime of the flows, presence of unconsolidated sediments in water bodies; in addition it was possible to obtain the ratio curves of Ribeirão Gama's basin, as well as two of its sub-basins (Capetinga and Taquara Streams) in which, based on the collected data, the sediment load of the three watersheds was built. These results allowed inferring some hydro river-sedimentometric behaviors for the quoted area, which, despite being a small area compared to others suppliers basins of Paranoá Lake, its considerable importance for water quality, local agriculture, electric power generation, biodiversity, among other factors.

Desde o início das investigações sobre o fundo do mar, considerável progresso no entendimento do ambiente marinho foi conquistado. A tecnologia e as ferramentas de mapeamento e análise desenvolvidas para estudar o fundo oceânico permitem que se descreva, com um certo grau de detalhamento, o relevo e, até mesmo, estruturas internas de camadas de sedimentos de diferentes tamanhos, que estão lá no fundo do mar, depositados ao longo de milhões de anos de história do planeta. O grande mistério, que até os dias de hoje ainda não foi completamente explicado, é o modo como esses sedimentos são transportados para o fundo do mar e geram depósitos no fundo oceânico, a centenas de quilômetros da costa? Acredita-se que os canyons que existem no fundo do mar sejam as vias expressas de transporte de boa parte desses sedimentos, já que se constata a existência de um grande volume de material depositado na parte terminal dos sistemas canalizados. A proposta dessa investigação experimental partiu de reprodução, em laboratório, dos processos que poderiam estar envolvidos na formação dos canyons. A teoria mais aceita existente na literatura, atribui a atuação de correntes de densidade durante as regressões do nível do mar como sendo o principal fator que desencadeou a formação dos canyons. A hipótese desse trabalho inclui, além da atuação das correntes de densidade, a atuação de um fluxo de aquífero mais intenso aflorando na região do talude. O fluxo de aquífero mais intenso é justificado pela ocorrência de um aumento de gradiente hidráulico, produzido durante o rebaixamento do nível do mar, durante as fazes de regressão. A simulação física é uma ferramenta poderosa e robusta, utilizada há mais de um século no dimensionamento de aviões, foguetes, pontes, torres, descarregadores de barragens, vertedores e muitos outros tipos de estruturas. A mesma ferramenta pode ser utilizada para gerar modelos do processo de transporte sedimentar em escala reduzida. Esse tipo de estudo parte do conhecimento dos elementos envolvidos no fenômeno investigado – no caso específico, o fundo do mar, a água e os sedimentos – e dos processos aos quais esses elementos possivelmente estão sujeitos no ambiente natural. Esta pesquisa, fundamentada na modelagem física, tentou reproduzir um fluxo de aquífero que aflora no talude e, concomitantemente, a atuação de correntes de densidade, produzindo assim em laboratório um ambiente análogo ao natural durante as fases de regressão do nível do mar, com base em teorias da bibliografia. A metodologia experimental adotada partiu da construção de um depósito cuja geometria representa um V talude com cerca de 1,5 metro de largura, 0,6 metro de comprimento e 0,25 metro de altura. O talude possui rampas com declividades entre 15 e 30 graus. Os sedimentos utilizados foram carvão mineral com fração de areia grossa, areia grossa de origem siliciclástica e calcário com frações de silte e argila. Os sedimentos de frações de areia foram utilizados na construção dos taludes testados, e o calcário, na produção das correntes de densidade. Os experimentos simularam escoamentos em meio poroso dentro do talude, reproduzindo um fluxo de água subterrânea de sistema aquífero que aflorou na região do declive, tendo sido medidas as vazões do aquífero e os respectivos gradientes hidráulicos. Foram também simuladas correntes de densidade com diferentes concentrações e intensidades, bem como obtidos valores médios de espessuras, velocidades e concentrações de sedimentos. Através da simulação, foram produzidas sequências de processos de erosão do talude, que iniciaram com escorregamentos – gerados a partir do aumento da vazão dentro do aquífero reproduzido – e terminaram com a geração de canyons – através da atuação simultânea de correntes de densidade. Os resultados mostraram que existe um significativo elo de ligação entre esses dois processos – fluxo de água subterrânea de sistema aquífero e correntes de densidade –, de tal modo que ambos são necessários para que ocorra a formação dos canyons e para que um grande volume de material seja efetivamente erodido e transportado. As correntes de densidade sozinhas, dentro da escala de simulação, não possuem capacidade de erosão e transporte de sedimentos muito significativa. O sistema de transporte via correntes só é efetivo quando existe um fluxo de aquífero atuando concomitantemente. A observação dos processos de erosão e deposição durante os experimentos, bem como análise do banco de imagens obtidas permitiram a construção de um modelo de formação e evolução de canyons. A formação passa por sequências ordenadas, onde o desenvolvimento de um knickpoint desencadeia um processo de erosão remontante, escavando um sulco que evolui para um canyon formado por uma cabeceira conectada a plataforma bem como depósitos associados. Os dados gerados na simulação física foram comparados com dados do ambiente natural, descritos em trabalhos acadêmicos publicados, e logrou-se provar que os parâmetros medidos estão dentro de valores passíveis de ser encontrados no ambiente natural. Além disso, o cálculo de extrapolação permitiu identificar canyons naturais análogos aos produzidos em laboratório. Os parâmetros dinâmicos das correntes de densidade, bem com as concentrações volumétricas de sedimentos e as faixas de tamanhos de grãos extrapolados estão também dentro de escalas medidas em protótipos análogos. As escalas encontradas seriam de 1:5000 na vertical (com exagero de 2 a 3 vezes) e 1:10000 e VI 1:15000 na horizontal. Assim, é possível que os resultados obtidos neste trabalho venham a elucidar um pouco as dúvidas que estão pendentes há muito tempo acerca do objeto de estudo. / Since the beginning of the deep sea research, considerable progress has been achieved in understanding the marine environment. The technology and tools developed for mapping and analyzing the ocean floor allow a detailed description of the relief and even the internal structures of sediment layers of different sizes that are there, in the bottom of the sea, deposited over millions of years of planetary history. The great mystery, which to this day has not yet been fully explained, is the way these sediments are transported to the seabed. How do sediments of varying sizes reach distances hundreds of miles beyond the coastline and generate deposits on the ocean floor? It is believed that the canyons that exist on the seabed are the express ways through which the transport of a good part of these sediments occurs, given that there is a great volume of material deposited in the terminal parts of these channeled systems. Thus, the focus of speculation and interest has been directed to canyons and density currents, which serve, respectively, as the pathway and the vehicle for sediments. The major obstacle to investigating the role of canyons and currents in the sediment transfer process is the difficulty in observing and measuring phenomena in the natural environment. Besides the scale problem, there is also the rarity of occurrence of events. In fact, it is practically impossible to predict when and where a density current will occur. And if it were possible to predict, how could it be measured? With what equipment? Physical simulation is a powerful and robust tool, used for more than a century in the scaling of aircraft, rockets, bridges, towers, dams, spillways and many other structures. The same tool can be used to generate small scale models of the sediment transport process. This type of study is based on the knowledge of the elements involved in the phenomenon investigated – in this case, the seabed, water and sediments – and the processes to which these elements are possibly subject in the natural environment. This research, based on physical modeling, allowed to reproduce in a laboratory, in a reduced scale, processes similar to those that possibly occur in the seabed. The experimental methodology adopted was based on the construction of a deposit whose geometry represents a slope about 1.5 meters wide, 0.6 meters long and 0.25 meters high. The slope has declivities between 15 and 30 degrees. The sediments used were mineral coal of a coarse sand fraction, coarse sand of siliciclastic origin and limestone with fractions of silt and clay. The sediments of sand fractions were used in the construction of the experimental slopes, and the limestone, in the production of the density currents. The experiments simulated water flows in porous medium within the slope, reproducing an VIII aquifer flow. Density currents were also simulated, since they are generally considered as an important mechanism of sediment transport in the natural environment. began with slides – generated from an increasing flow rate within the simulated aquifer – and ended with the generation of canyons – through the simultaneous action of density currents. The results show that there is a significant link between these two processes – aquifer flow and density currents –, in such a way that both are necessary for the formation of canyons to occur and for a large volume of material to be effectively eroded and transported. Density currents alone, within the simulation scale, do not have very significant sediment transport capacity. The density currents transport system is only effective when there is an aquifer flow acting concomitantly. The observation of the erosion and deposition processes during the experiments, as well as the analysis of the bank of images obtained allowed the construction of a model of formation and evolution of canyons. The formation passes through ordered sequences, where the development of a knickpoint triggers a process of erosion remontante, digging a groove that evolves to a canyon formed by a bedside connected to the platform as well as associated deposits. The data generated in the physical simulation were compared with data from the natural environment, described in published academic papers, which proved that the measured parameters are within the value range that can be found in the natural environment. In addition, the upscaling of the results allowed the identification of natural canyons analogous to those produced in the laboratory. The dynamic parameters of the density streams as well as the volumetric sediment concentrations and the extrapolated grain size ranges are also within scales measured in similar prototypes. The scales found would be 1: 5000 vertically and 1: 10000 and 1: 15000 horizontally. Thus, it is possible that the results obtained in this work will elucidate some doubts that have long been pending about the object of study.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The watershed degradation due to human actions such as deforestation, inappropriate land use in agriculture and increased urbanization, associated with extreme natural phenomena, has caused marked structural changes in the agroecosystems. Minimize the negative effects of these changes is a major challenge to be overcome in coming decades. Mostly the watershed occupy large areas and the difficulty in measuring and displaying the data changes over time becomes increasingly difficult. For this purpose software processing and georeferencing of satellite images have been used ensuring outstanding contributions to the study of watersheds. Given the scarcity of relevant data and information about the current situation of water resources, the use of geographic information systems (GIS) is increasingly common and essential in the prediction of hydrologic data and sediment, mainly through modeling or simulation of natural phenomena. Given the importance of watersheds as planning units, aimed to delineate the present work through of the GIS the outline Japaratuba Mirim watershed in Sergipe/Brazil and simulate their runoff and sediment yield. / A degradação das bacias hidrográficas devido às ações antrópicas como o desmatamento, o uso inadequado do solo na agricultura e a crescente urbanização, associada a fenômenos naturais extremos, vêm causando modificações estruturais acentuadas nos agroecossistemas. Minimizar os efeitos negativos destas modificações é um dos grandes desafios a serem superados nas próximas décadas. Na maioria das vezes as bacias hidrográficas ocupam grandes extensões e a dificuldade na mensuração de dados e visualização das mudanças ocorridas ao longo do tempo se torna cada vez mais difícil. Para isso softwares de georreferenciamento e de processamento de imagens de satélite vem sendo utilizados garantindo grandes contribuições para o estudo das bacias hidrográficas. Devido à escassez de dados e informações relevantes sobre a situação atual dos recursos hídricos, a utilização de sistemas de informação geográfica (SIG) é cada vez mais freqüente e imprescindível na predição de dados hidrológicos e sedimentológicos, principalmente através da modelação ou simulação de fenômenos naturais. Diante da importância da bacia hidrográfica enquanto unidade de planejamento objetivou-se com o presente trabalho delimitar através de SIG o contorno da bacia hidrográfica do Rio Japaratuba Mirim em Sergipe e simular o seu escoamento superficial e a produção de sedimentos.

A expansão do cultivo de cana-de-açúcar motivada pelo aumento na demanda por etanol após lançamento da tecnologia fex fuel, resultou em grandes transformações na paisagem. O estado de São Paulo absorveu boa parte das áreas de expansão, que se instalaram em novas regiões do estado. A expansão ocorrida gera reflexões sobre os impactos ambientais negativos associados à cultura canavieira, sobretudo quanto às alterações no regime hidrossedimentológico das bacias hidrográficas. Neste contexto o presente estudo buscou avaliar a influência da expansão do cultivo da cana de açúcar sobre os aspectos hidrossedimentológicos (taxa de escorrimento superficial e produção de sedimento) em uma região onde houve um aumento significativo desta cultura. O local de estudo é a microbacia do córrego Cana do Reino, localizada no município de Votuporanga – SP. A avaliação se deu por meio de um comparativo entre as taxas de escorrimento e da produção de sedimentos para os cenários antes do período de expansão do cultivo desta cultura (2005) e após a expansão (2014), utilizando o Modelo SWAT. As simulações das vazões médias mensais apresentaram resultados satisfatórios após a calibração. Nesta etapa obtiveram-se valores para os coeficientes de eficiência de Nash-Sutcliffe (NSE), coeficiente de determinação (R²) e percentual de tendências (PBIAS) de respectivamente, 0,85, 0,82 e -1,5. Na validação observou-se valores de NSE, R² e PBIAS, iguais a 0,76, 0,81 e -9,0, respectivamente. Nas simulações contatou-se que as taxas médias de escorrimento superficial e produção de sedimentos para o cenário de 2005 foram de 44 mm e 2,6 ton.ha-1.ano-1. Para o cenário de 2014 obteve-se 70 mm e 4,5 ton.ha-1.ano-1. A partir dos resultados obtidos, conclui-se que o Modelo SWAT demonstrou-se satisfatório para a análise comparativa entre os cenários. / The expansion of sugar cane cultivation motivated by the increased demand for ethanol after the launching of the fex fuel technology has resulted in major changes in the landscape. São Paulo state has absorbed many of the expansion areas settled in new regions. Such an expansion has given rise to reflections on the negative environmental impacts associated with sugarcane crop, especially regarding changes in the hydrosedimentological regime of river basins. The present study evaluates the influence of the expansion of sugar cane cultivation on hydrosedimentological aspects (rate of runoff and sediment production) in a region of significant increase in this culture. The study site is Cana do Reino watershed, located in Votuporanga city – SP. The evaluation was conducted through a comparison between the runoff rates and sediment yield for the scenarios before (2005) and after their expansion (2014) and based on SWAT model. Simulations of monthly average flow rates showed satisfactory results after calibration. Values of 0.85, 0.82 and -1.5 were obtained for the Nash-Sutcliffe efficiency coefficient (NSE), coefficient of determination (R²) and percentage of trends (PBIAS), respectively. The validation showed values of NSE, R² and PBIAS of 0.76, 0.81 and -9.0, respectively. The simulations revealed the average rates of runoff and sediment yield for the 2005 scenario were 44 mm and 2.6 ton.ha-1.ano-1, whereas values of 70 mm and 4.5 ton.ha-1.ano-1 were obtained for the 2014 scenario. According to the results, SWAT model proved satisfactory for a comparative analysis between the scenarios.