Les retenues collinaires connaissent un essor dans les zones semi-arides pour leur capacité à réduire l'érosion et l'envasement de barrages, et à mobiliser des ressources pour la petite agriculture. Face aux incertitudes sur la faible valorisation de ces ressources et au manque de données sur le potentiel hydrique de ces aménagements, les disponibilités en eau de multiples retenues collinaires sont quantifiées à l'aide d'observations hydrologiques, modélisation numérique et télédétection. Un indice MNDWI appliqué à 546 images Landsat et combiné avec un modèle GR4J+bilan hydrique à l'aide d'un filtre de Kalman d'ensemble est développé pour estimer les disponibilités en eau entre 1999 et 2014 de 50 retenues dans le bassin amont du Merguellil, Tunisie Centrale. Les erreurs sur la disponibilité moyenne journalière sont de l'ordre de 10 000 m3 sur des retenues aux capacités initiales variant de 20 000 m3 à plus de 1 000 000 m3 et permirent de quantifier et caractériser le potentiel hydrique de chaque retenue en saison sèche. En parallèle, la combinaison d'inventaires, d'enquêtes agricoles et entretiens ethnographiques permit de recenser l'hétérogénéité des pratiques, caractériser les bénéfices des retenues et éclairer les contraintes additionnelles freinant l'exploitation agricole. Au delà de prélèvements limités, cette approche multi-échelle permet d'apporter des éclairages sur la diversification des pratiques agricoles, sur les bénéfices indirects (citernes, élevage, recharge de puits), et sur l'intérêt porté par les riverains pour cette ressource, au sens large du terme. La confrontation entre les pratiques et le potentiel hydrologique confirme que la disponibilité en eau est un facteur limitant sur 80% des retenues mais rarement suffisant pour expliquer les disparités inter et intra retenues observées. La majorité des agriculteurs ont été inhibés par des problèmes d'accès à l'eau (d'ordre économique mais également politique) et ne sont pas équipés de stratégies permettant de composer avec la forte variabilité. Les quelques succès recensés sont le fruit d'entreprises individuelles, possédant un capital et une résilience économique, leur permettant notamment de surmonter les pénuries à l'aide d'autres ressources économiques (pour acheter des citernes) ou physiques (accès à d'autres points d'eau). Une approche intégrée et un appui sur le long terme de l'état auraient pu favoriser un développement plus large et équitable des ressources. Au vu des capacités limitées et des sécheresses durables, les retenues collinaires dans ce contexte climatique doivent cependant maintenir leur objectif initial d'irrigation de complément et non chercher à soutenir une intensification à plus grande échelle de l'agriculture. / Small reservoirs and other water and soil conservation techniques have become increasingly widespread across semi-arid regions, due to their ability to reduce transportation of eroded soil and harvest scarce and unreliable rainfall for local users. Revealing diverse but often limited levels of agricultural water use, the reasons behind these were explored based on assessments of water availability, practices and associated drivers upscaled across 50 small reservoirs in the Upper Merguellil catchment (Central Tunisia). MNDWI on 546 treated Landsat images over 1999-2014 were used in combination with extensive field data to develop and validate water availability assessments for all reservoirs. An Ensemble Kalman Filter approach was used to combine remotely sensed surface area with a GR4J-water balance model and notably reduce runoff uncertainties arising from highly variable and localised rainfall intensities. These notably reduced mean annual availability RMSE to the order of 10 000 m3 on lakes where initial capacities vary between 20 000 m3 and over 1 000 000 m3, and identified the potential of each lake to support agriculture during the dry season.In parallel, rapid surveys, quantitative questionnaires and semi directed interviews were used to identify water uses and socio economic and institutional drivers influencing the smallholder livelihoods around these reservoirs. Using multi-stage samples of farmers allowed to progressively narrow and refine the analysis which were then upscaled based on typologies of lakes. Results confirmed withdrawals remained limited and focussed essentially on the occasional watering of fruit trees. On a handful of lakes, water resources were a limiting factor but rarely a sufficient factor to explain the heterogeneous water uses observed around reservoirs. Most farmers were not equipped with the suitable capabilities to increase their withdrawals as a result of problems over pumps, water access and conflicts, compounded through limited and short term government assistance. Individual successes were observed as a result of farmers possessing adequate economic resilience and/or means to secure alternate water supplies during dry spells. Faced with limited available storage capacities and prolonged droughts, small reservoirs must in this climatic context retain their supplementary irrigation focus and not strive to support widespread intensification of practices.

As áreas variáveis de afluência (AVAs) são dinâmicas, apresentando expansão das áreas saturadas durante os eventos de chuva, geralmente próximas aos cursos d\'água e, no momento que a chuva cessa, estas áreas saturadas se contraem. O escoamento superficial ocorre nessas áreas devido ao excesso de saturação, provocado pelo aumento do volume d\'água armazenado no perfil de solo e, extravasamento nas áreas com solos rasos, próxima aos rios. Dessa forma, faz-se necessário quantificar o processo de escoamento superficial para a correta delimitação das AVAs. A utilização dos modelos hidrológicos para essa finalidade teve início após legislação estadunidense que define níveis máximos permitidos para poluição difusa. Diversos modelos foram desenvolvidos para quantificar a entrada de poluentes nos corpos hídricos, entretanto não havia maneira precisa de localizar as áreas variáveis de afluência, sendo estas as mais propensas a carrear os contaminantes. Somente através da utilização de modelos hidrológicos distribuídos foi possível considerar o componente espacial, ou seja, a localização exata da ocorrência dos processos hidrológicos, e sua inter-relação com uso de solo e tipo de solo, permitindo testar diferentes cenários avaliando quais áreas convertidas em florestas contribuiriam para maior ganho de serviços ecossistêmicos relacionados à manutenção de recursos hídricos. Portanto, foram modelados 3 cenários: o cenário atual, o cenário AVA e o cenário Código Florestal. O primeiro representa a situação atual do uso do solo, e fornece base para comparação com outros cenários. A probabilidade de saturação para este cenário foi definida com uso do modelo hidrológico GSSHA, permitindo delimitar as áreas variáveis de afluência e criar o cenário AVA, o qual simula a restauração florestal em todas as áreas variáveis de afluência. Por último, foi modelado o cenário Código Florestal, que simula a restauração florestal das áreas de preservação permanentes (APPs), com a função de avaliar quais os impactos para a manutenção dos recursos hídricos caso seja cumprido o Código Florestal (Lei nº. 4.711/65) e sejam restauradas todas as áreas de preservação permanente. Os resultados mostram que a restauração das AVA, com alteração de apenas 4,04% da área total da bacia, aumentaria em 48% a infiltração da água no solo, eliminando a geração de escoamento superficial em áreas agrosilvopastoris e conseqüente carreamento de poluentes provenientes dessas áreas. A restauração das APPs representa uma alteração de 9,36% da área da bacia e promove a recuperação da dinâmica de expansão e contração das nascentes da bacia hidrográfica, que garante redução da vazão e atraso do pico de vazão, evitando respostas hidrológicas hortonianas na bacia hidrográfica. Ambos cenários apresentam benefícios para manutenção dos recursos hídricos. As áreas de preservação permanente apresentam papel significativo na proteção dos recursos hídricos, protegendo mais de 60% das AVAs e sendo de fácil delimitação. A utilização do índice topográfico como variável substituta à modelagem hidrológica apresentou correlação de ~0,33, que permite utilizar o índice para uma análise exploratória, porém insuficiente para delimitar as áreas variáveis de afluência. / The variables source areas (VSA) are dynamic, showing expansion of saturated areas during rain events, usually near to streams and, at the time the rain stops, these saturated areas contract. Runoff occurs in these areas due to saturation excess overland flow, caused by increased of stored volume water in the soil profile, and extravasation in areas with shallow soils, next to streams. Thus, it is necessary to quantify the process of runoff for the correct delineation of VSA. The use of hydrological models for this purpose began after U.S. law which sets maximum permitted levels for diffuse pollution. Several models have been developed to quantify the entry of pollutants in water bodies, however there was no accurate way to pinpoint variables source areas, which are the most likely to carrying contaminants. Only through the use of distributed hydrological models was possible to consider the spatial component, in other words, the exact location of the occurrence of hydrological processes and their interrelationship with land use and soil type, allowing you to test different scenarios by assessing which areas converted to forests contribute to greater gains in ecosystem services related to maintenance of water resources. Therefore, were evaluated three scenarios: the actual scenario, the VSA scenario and the Forest Code scenario. The first one represents the current state of land use and provides a basis for comparison with other scenarios. The probability of saturation for this scenario was defined using the hydrological model GSSHA, allowing to delimit variables source areas and to create the VSA scenario, which simulates forest restoration in all variables source areas. Finally, was modeled the Forestry Code scenario, which simulates forest restoration of permanent preservation areas (PPA), whose function is to assess the impacts for the maintenance of water resources if it complied the Forest Code (Law nº. 4.711/65) and restored all permanent preservation areas. The results show that the restoration of the VSA, with only a 4,04% change of the total area of the watershed, it would increase in 48% water infiltration into the soil, eliminating the generation of surface runoff and consequent carry pollutants from these areas. The restoration of the PPA represents a change of 9,36% of the watershed area and promotes the recovery of dynamic expansion and contraction of the headwaters of the watershed, which ensures reduction in flow rate and delay peak flow, avoiding answers hortonian in the hydrological basin. Both scenarios provide benefits for maintenance of water resources. The permanent preservation areas have significant role in protecting water resources, protecting more than 60% of VSA and being easy delimitation. The use of topographic index as surrogate parameter correlated to the hydrological modeling of ~ 0,33, which allows use the index to an exploratory analysis, but insufficient to delineate the variables source areas.

Este trabalho visa analisar a redução da poluição hídrica a partir do monitoramento de medidas não convencionais de reservação d\'água aplicadas em lotes urbanos a partir da eficiência individual e global integrada no lote. Prioriza também monitorar a quantidade e a qualidade da poluição e do despejo das águas pluviais a partir do seu escoamento. A inclusão dessas medidas em lotes residenciais e/ou comerciais oferece oportunidades de melhorias no controle das cheias, além de favorecer a recarga do aqüífero e diminuir o impacto no ciclo hidrológico em sua própria fonte geradora. Dentre os dispositivos ou medidas instaladas destacam-se: trincheira de infiltração e poço profundo, telhado verde com reservação, reservatório de retenção do escoamento superficial proveniente das águas pluviais e tratamento de águas residuárias com biodigestor visando o reúso do efluente para fins não potáveis. As estruturas de aproveitamento e de reúso favorecem a retenção e a detenção da água no lote e contribuem para diminuir o fluxo em direção aos dispositivos da micro e macrodrenagem. Para cada uma das aplicações adotou-se monitoramento com equipamentos de precisão, como: linígrafos digitais, estação meteorológica, análise de qualidade da água. Os dados gerados contribuem para conferir indicadores, além de preencher uma lacuna deixada pela sugestão de implantação de dispositivos na fonte para adequação e otimização do sistema de drenagem e controle alternativo. Os resultados obtidos pelo monitoramento indicam que a adoção de tais práticas permite uma eficiência integrada na retenção do escoamento de até 80% quando comparada com uma residência sem controle do uso da água. Este cenário, ocupado tendencial ou convencionalmente, resultou lâminas de escoamento de até 90% da precipitação total. Durante um ano em operação, com análise de aproximadamente 120 eventos naturais, não induzidos, em seis meses de dados avaliados, os eventos resultaram em eficiência no desempenho das medidas instaladas. Portanto, o efeito combinado das medidas potencializa a retenção do escoamento e otimiza a capacidade de reservação d\'água em áreas particulares. Recomenda-se, entre outras atividades, o desenvolvimento de um sistema de gestão integrada e descentralizada de águas urbanas, com enfoque em drenagem seletiva a partir do aproveitamento de águas pluviais. / This paper aims to analyze the reduction of hydropollution through monitoring non conventional reservation of water applied in urban lots starting from individual and global efficiency integrated to the lot. It also prioritizes the monitoring of both quality and quantity of pollution and the rain flow from its draining. The inclusion of these measurements on residential and/or commercial lots offers opportunities of improvement on controlling floods besides improving the refilling of the aquifer and on diminishing the hydrological impact on its own generation source. Among the appliances and actions taken towards the goal some can be highlighted: infiltration trenchers and deep well, reservoir with retention of superficial flow that originates from the rain and treatment of residual water for non-drinking use. The structures of reutilization of water favor the detention and retention on the lot and contribute to diminish the flow into the appliances directed to micro and macro-drainage. To each of the applications, monitoring with precision equipment such as digital limnigraphs, weather stations and analysis of quality of the water were applied. The generated data contributed to the storage of indicators and also filled in a gap left by the suggestion of setting the appliances on the source for adapting and optimizing the draining system and an alternative control. The results obtained by the monitoring indicate that their implementation on the lots allow an efficiency of up to 80% on the retention of the flow when compared to a home without water use control. This scenery filled in conventionally on a trend resulted in flowing laminas of up to 90% of the total amount of rain. During the one year of this operation, were analyzed approximately 120 natural, non-induced events and in six months of evaluated data was shown that there is efficiency presented in the installed appliances. So, the combined effect of the procedures improves the control of the flow and increases the capacity for water storage on private areas. It is recommended the development of an integrated and decentralized management system of urban waters focusing on selective draining based on the use of rain water.

CoordenaÃÃo de AperfeÃoamento de Pessoal de NÃvel Superior / The interaction between surface water and groundwater is a dynamic process in time and space influenced by factors such as soil moisture, hydrodynamic properties, geomorphology, storage and runoff. The quantification and modeling of the processes related to this dynamic constitute prerequisites for the effective water resources management, given that this interaction affects water availability, especially in semi-arid regions. Before this problem, this study aimed to simulate hydrological processes flow transmission between river and groundwater in basins characterized by distinct lithologies, inserted in the Brazilian semiarid region by generating a semi distributed and flexible hydrological model. Two distinct basins of Cearà semiarid region were monitored and used for application of the model developed. A watershed located in sedimentary structure with large underground water reserves (SÃo Jose watershed in the sedimentary basin of Araripe - South of CearÃ) and the other one inserted into the crystalline environment and characterized by water scarcity (Patos-CariÃs-Iguatu subbasin - Jaguaribe river stretch in the Central-South region of CearÃ). The monitoring of these areas between 2010 and 2014 enabled the generation of data and the choice of 10 events from each watershed monitored to evaluate the dynamic river-aquifer. In the evaluation of the data obtained by the monitoring observed aquifer recharges when large volumes precipitates occur in short periods of time. The high temporal spacing difficult the generation of large flows and the rising water levels of the alluvial aquifer. The proposed model was developed considering the three main processes of river-aquifer interaction: full wave propagation, vertical infiltration and groundwater flow. The simulations of the events showed that conductance of the riverbed and effective porosity are the most sensitive parameters of the model. Variations of these parameters allowed the reduction of flood peaks and consequently increases in the aquifer hydraulic loads. However, the simulations showed an underestimation of the hydraulic loads of the aquifer. For the surface discharges were obtained low efficiency ratios (-16.73 to -3.43) for short-term events and small magnitude. Already for long term events and high magnitude, the Nash and Sutcliffe efficiency coefficient performed between 0 and 1 (0.35 to 0.49), indicating a good behavior of the models used. However, for these events the average absolute error between the measured and the simulated loads remained high. The model needs to be adjusted to better define the dynamics of the river-aquifer interaction. A greater number of simulations in both watersheds, with the available events could indicate better where adjustments must be made. The possibility of application of MIRAS model in different lithological means and different spatial scales of semi-arid regions was not possible due to the inability to simulate the model for MHSJ. Thus, one must understands the failure to formulate an alternative and possibly improve the model. Because the use of this tool is the best option for resolving problems and decision making. / A interaÃÃo entre Ãgua superficial e subterrÃnea à um processo dinÃmico no tempo e no espaÃo influenciado por fatores como umidade do solo, propriedades hidrodinÃmicas, geomorfologia, armazenamento e escoamento superficial. A quantificaÃÃo e a modelagem dos processos relacionados a essa dinÃmica constituem-se prÃ-requisitos para a gestÃo eficiente de bacias hidrogrÃficas, haja vista que essa interaÃÃo afeta a disponibilidade hÃdrica, principalmente em regiÃes semiÃridas. Diante dessa problemÃtica, este estudo objetivou simular processos hidrolÃgicos de transmissÃo de fluxo entre rio e aquÃfero em bacias hidrogrÃficas caracterizadas por litologias distintas, inseridas na regiÃo semiÃrida brasileira, atravÃs da geraÃÃo de um modelo hidrolÃgico semidistribuÃdo e flexÃvel. Duas bacias hidrogrÃficas distintas da regiÃo semiÃrida cearense foram monitoradas e utilizadas para aplicaÃÃo do modelo desenvolvido. Uma microbacia localizada em meio sedimentar com grandes reservas hÃdricas subterrÃneas (microbacia hidrogrÃfica do SÃo Josà na bacia sedimentar do Araripe â Sul do CearÃ) e a outra inserida no meio cristalino e caracterizada por escassez hÃdrica (bacia hidrogrÃfica Patos-CariÃs-Iguatu â trecho do rio Jaguaribe na regiÃo Centro-Sul do CearÃ). O monitoramento dessas Ãreas entre 2010 e 2014 possibilitou a geraÃÃo de dados e a escolha de 10 eventos de cada bacia monitorada para avaliaÃÃo da dinÃmica rio-aquÃfero. Na avaliaÃÃo dos dados obtidos pelo monitoramento observou-se recargas aquÃferas quando grandes volumes precipitados ocorrem em curtos espaÃos de tempo. O elevado espaÃamento temporal dificultaram a geraÃÃo de grandes vazÃes e a elevaÃÃo dos nÃveis freÃticos do aquÃfero aluvionar. O modelo proposto foi elaborado considerando os trÃs principais processos da interaÃÃo rio-aquÃfero: propagaÃÃo de onda de cheia, infiltraÃÃo vertical e fluxo subterrÃneo. As simulaÃÃes dos eventos mostraram que condutÃncia do leito do rio e porosidade efetiva sÃo os parÃmetros mais sensÃveis do modelo. VariaÃÃes desses parÃmetros possibilitaram a reduÃÃo dos picos de cheia e consequentemente acrÃscimos nas cargas hidrÃulicas aquÃferas. No entanto, as simulaÃÃes realizadas apresentaram subestimativas das cargas hidrÃulicas do aquÃfero. Para as descargas superficiais obteve-se baixos coeficientes de eficiÃncia (-16,73 a -3,43) para eventos de curta duraÃÃo e pequena magnitude. Jà para eventos de longa duraÃÃo e elevada magnitude, o coeficiente de eficiÃncia de Nash e Sutcliffe apresentou-se entre 0 e 1 (0,35 a 0,49), indicando um bom comportamento dos modelos utilizados. No entanto, para esses eventos o erro mÃdio absoluto entre as cargas medidas e as simuladas continuaram elevados. O modelo precisa de ajustes para definir melhor a dinÃmica da interaÃÃo rio-aquÃfero. Um nÃmero maior de simulaÃÃes nas duas bacias hidrogrÃficas, com os eventos disponÃveis poderia indicar melhor onde devem ser feitos os ajustes. A possibilidade de aplicaÃÃo do modelo MIRAS em diferentes meios litolÃgicos e escalas espaciais distintas de regiÃes semiÃridas nÃo fora possÃvel devido à impossibilidade de simular o modelo para a MHSJ. Dessa forma, precisa-se entender as falhas para formular uma alternativa e, possivelmente, melhorar o modelo. Pois, o uso dessa ferramenta à a melhor opÃÃo para a resoluÃÃo de problemas e tomada de decisÃo.

Para expedir uma outorga de direito de uso da água, é necessário que técnicos do órgão responsável verifiquem se existe capacidade do corpo hídrico de atender a demanda solicitada (captação ou lançamento), considerando os demais usos já existentes e a hidrologia local. Em muitos casos, no Brasil e em outros países, as análises e os cálculos necessários para esta verificação ainda são feitos de forma manual, utilizando mapas em papel e planilhas de cálculo não integradas a Sistemas de Informação Geográfica. Este trabalho apresenta uma metodologia baseada na integração de SIG e modelos hidrológicos para a análise de pedidos de outorga de uso da água. A metodologia envolve 1) a utilização de SIG para pré-processamento de dados visando a aplicação de um modelo hidrológico chuva-vazão; 2) a aplicação do modelo chuva-vazão para gerar estimativas da vazão de referência adotada como disponibilidade hídrica em cada trecho de rio em que é dividida a bacia; 3) a transferência dos resultados do modelo hidrológico de volta ao SIG; e 4) a aplicação de um Sistema de Suporte a Decisão no qual cálculos simples de balanço hídrico são realizados internamente em um SIG. É apresentado um teste da metodologia na bacia do rio dos Sinos, no Rio Grande do Sul, região na qual há um comprometimento elevado da disponibilidade hídrica de referência. Os resultados no estudo de caso mostraram que é possível aprimorar a metodologia de análise de outorga ao integrar SIG e modelagem hidrológica. / In order to grant water rights to its user, it is necessary that technicians from the institution in charge verify if there is indeed the capability from the water body to overtake the requested demands (withdrawal or effluent disposal), considering other existing uses and local hydrology. In many cases in Brazil and other countries, the required analyses are still largely made by hand, using paper maps and spreadsheets not integrated to Geographic Information Systems (GIS). This work presents a methodology based on the integration of GIS and hydrological models for analyzing and granting water rights requests. This methodology implies: 1) the use of GIS for data pre-processing and by means of using an hydrological rainfall-runoff model; 2) the application of this rainfall-runoff model to estimate the water discharge availability that can be used as a reference for every reach of the river in which the basin is divided; 3) the transfer of the hydrological model results back to the GIS; and 4) the application of a Decision Support System in which simple calculations of water balance are done entirely in GIS environment. The presented methodology was applied to the case of the Rio dos Sinos basin, in Rio Grande do Sul, Brazil, a region where water demands exceed availability. Results of this case study showed that it is possible to improve the methodology used to analyze the granting of water rights when GIS and hydrological models are integrated.

Submitted by Mario BC (mario@bc.ufrpe.br) on 2016-08-15T12:47:57Z No. of bitstreams: 1 Jose Roberto Lopes da Silva.pdf: 3751979 bytes, checksum: d1e5aa84305eb1d047e5f172594d52cf (MD5) / Made available in DSpace on 2016-08-15T12:47:58Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Jose Roberto Lopes da Silva.pdf: 3751979 bytes, checksum: d1e5aa84305eb1d047e5f172594d52cf (MD5) Previous issue date: 2015-07-28 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / Conselho Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq / Financiadora de Estudos e Projetos - Finep / The semiarid region of Brazilian Northeast is characterized by presenting spatio-temporal variability of meteorological and hydrological variables, and in recent years comes to checking an increase of degraded areas in the region because of intensive soil use and absence of conservation practices. The inappropriate use of soil associated with climate change is unleashing and accelerating desertification processes. The characterization of the dynamics of hydrological and sedimentological processes in these regions become essential, since there is great shortage for a database in the semiarid watersheds that can support the management of water resources and soil conservation and provide subsidies for the use of models and generate future scenarios. Within this context the present research aims to evaluate the efficiency of conservation practices alternative and low cost in reducing soil loss and water as well as in maintaining soil moisture and dynamic surface temperature, through the investigation of hydrological and sedimentological processes in plot scale under different conditions of use and vegetation cover in semiarid region, in order to subsidize actions for the management and conservation of water and soil. The research was conducted in the County of Pesqueira, Agreste region of Pernambuco. Moisture dynamics, water loss and soil were evaluated in the following conditions of use: Plot with Natural Cover (PCN), Plot with Bare Soil (PD), Plot with Barrier of forage Palm (PBP) and Plot with Mulching (PCM). The results showed that the use of mulching as compared to bare soil promoted reduction of soil surface temperature during the day and increase overnight. The mulch was effective in reducing runoff and erosion control. The use of the barrier with forage palm was efficient in reducing soil loss, and proved to be a promising technique for conservation region. Among the conditions of covers evaluated the plot with bare soil was the one with the higher correlation between precipitation and runoff. In general the portion with forage palm (PBP) had moisture levels above the other treatments, showing to be a catchment system in situ efficient for the evaluated local conditions, mainly after the establishment of rain. The temporal stability of the moisture has been identified, and the stable points correlated well with the global average, with coefficients of determination (R²) above 0.90, the same can be used accurately to estimate soil moisture measurements in future. The Hydrus-1D model was able to simulate successfully moisture dynamics in the soil over time for the conditions of bare soil and natural cover, at a depth of 20 cm. Based on the analyzed period database it has been possible to present monthly values of soil moisture reference to investigated conditions, and thus subsidize studies of hydrological and sedimentological modeling in the region. / A região semiárida do Nordeste Brasileiro é caracterizada por apresentar variabilidade espaço-temporal das variáveis meteorológicas e hidrológicas, e nos últimos anos vem-se verificando um aumento de áreas degradadas na região em função do uso intensivo do solo e ausência de práticas de conservação. O mau uso do solo associado às variações climáticas vem desencadeando e acelerando os processos de desertificação. A caracterização da dinâmica dos processos hidrológicos e sedimentológicos nessas regiões tornam-se essenciais, uma vez que existe grande carência de um banco de dados em bacias hidrográficas do semiárido, que possam dar suporte à gestão de recursos hídricos e a conservação do solo, e fornecer subsídios para utilização de modelos e geração de cenários futuros. Dentro deste contexto a presente pesquisa visa avaliar a eficiência das práticas conservacionistas alternativas e de baixo custo na redução da perda de solo e água, bem como na manutenção da umidade do solo e dinâmica de temperatura superficial, através da investigação dos processos hidrológicos e sedimentológicos em escala de parcela sob diferentes condições de uso e cobertura vegetal em região semiárida, a fim de subsidiar ações voltadas para o manejo e conservação da água e do solo. A pesquisa foi desenvolvida no Município de Pesqueira, região Agreste do Estado de Pernambuco. A dinâmica de umidade, as perdas de água e solo foram quantificadas nas condições de: Parcela com Cobertura Natural (PCN), Parcela com solo Descoberto (PD), Parcela com Barramento de Palma forrageira (PBP) e Parcela com Cobertura Morta (PCM). Os resultados encontrados mostraram que o uso da cobertura morta em comparação ao solo descoberto promoveu redução da temperatura da superfície do solo durante o dia e acréscimo durante a noite. A cobertura morta foi eficiente na redução do escoamento superficial e no controle da erosão. O uso do barramento com palma forrageira apresentou eficiência na redução da perda de solo, e mostrou ser uma técnica conservacionista promissora para a região. Dentre as condições de coberturas avaliadas, a parcela com solo descoberto foi a que apresentou a maior correlação entre a precipitação e o escoamento superficial. De forma geral a parcela com barramento de palma forrageira (PBP) apresentou níveis de umidade acima dos demais tratamentos, mostrando-se ser um sistema de captação in situ eficiente para as condições locais avaliadas, principalmente após o estabelecimento da chuva. A estabilidade temporal da umidade foi identificada, e os pontos estáveis apresentaram boa correlação com a média global, com coeficientes de determinação (R²) superiores a 0,90, podendo os mesmos ser utilizados de forma precisa na estimativa da umidade do solo em medições futuras. O modelo Hydrus-1D foi capaz de simular de forma satisfatória a dinâmica de umidade no solo ao longo do tempo para as condições de solo descoberto e cobertura natural, na profundidade de 20 cm. Com base no banco de dados do período analisado foi possível apresentar valores mensais de referência da umidade do solo para condições investigadas, e desta forma subsidiar estudos de modelagem hidrológica e sedimentológica na região.

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / This study aimed to estimate the radiation balance terms and the daily evapotranspiration (ET) through (TM) - Landsat 5 images and supplemental data available at a meteorological station located in the study area. The study area occupies part of the municipalities: Poço Redondo city and Canindé do São Francisco city in Sergipe State, as part of the lower São Francisco. Setting up a tributary of the right bank of the São Francisco River. The Jacare River basin rises near the border of Bahia/Sergipe state in Bonito mountain and has a length of 73.5 km Hydrological basin area is 943.9 km2, the perimeter of the area is 142.7 km. Therefore, we used two images obtained from the National Institute for Space Research (INPE) for the day October 17, 1999(day 290) and December 6 (day 341), 2006. The net radiation (Rn) and sensible heat (H) and soil heat (G) and latent heat (LE) fluxes were determined by the algorithm Surface Energy Balance Algorithm for Land (SEBAL). Examined the observed results that showed an average snapshot (Rn) de 585,1 e 578,7 W/m2 for days 290 and 341 respectively. The density of soil heat flux (G) which was obtained as a function of Rn, surface temperature, albedo, normalized difference vegetation index (NDVI), and parameterization proposed by Bastiaanssen (2000) showed an average of 92.4 and 111.8 W/m2 on days 290 and 341, respectively. The flux density of sensible heat (H) showed an average of 230.5 and 295.6 Wm2 in 290 and 341, respectively. The density of latent heat flux (LE), calculated as the residual energy balance equation showed an average of 260.3 and 169.3 W/m2 on days 290 and 341, respectively. The ET daily showed average values of 2.6 and 1.7 mm.day-1 for days 290 and 341, respectively. / O presente trabalho teve por objetivo estimar os componentes do balanço de radiação (Rn) e a evapotranspiração diária (ET), através de imagens TM - Landsat 5 e dados complementares disponíveis em estação meteorológica localizada na região de estudo. A área estudada ocupa parte dos municípios de Poço Redondo e Canindé do São Francisco no Estado de Sergipe fazendo parte do baixo São Francisco Sergipano, configurando-se num afluente da margem direita do rio São Francisco. O rio Jacaré nasce próximo à fronteira Bahia/Sergipe, na serra do Bonito. A área da bacia é de 943,98 km2 e o perímetro da área é de 142,77 km. Foram utilizadas duas imagens para os dias 17 de outubro de 1999 (dia 290) e 07 de dezembro de 2006 (dia 341). O saldo de radiação (Rn) e os fluxos de calor sensível (H) e calor no solo (G) e calor latente (LE) foram determinados por meio do algoritmo Surface Energy Balance Algorithm for Land (SEBAL). Pelos resultados, observou-se que o Rn instantâneo apresentou na área de estudo médias de 585,1 e 578,7 W/m2, para os dias 290 e 341, respectivamente. A densidade de fluxo de calor no solo (G), que foi obtido em função de Rn, temperatura da superfície, albedo, Índice de Vegetação por Diferença Normalizada (NDVI) e parametrização proposta por Bastiaanssen (2000), apresentou médias de 92,5 e 111,8 W/m2 nos dias 290 e 341, respectivamente. A densidade de fluxo de calor sensível (H) apresentou médias de 230,5 e 295,6 W/m2 nos 290 e 341, respectivamente. A densidade de fluxo de calor latente (LE), calculado como resíduo da equação do balanço de energia, apresentou médias de 260,3 e 169,3 W/m2, nos dias 290 e 341, respectivamente. A ET diária apresentou valores médios de 2,6 e 1,7 mm.dia-1, para os dias 290 e 341, respectivamente.

Made available in DSpace on 2016-12-23T14:37:25Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Maycon Patricio de Hollanda.pdf: 2102332 bytes, checksum: a634a767fbb8a76a1897076e187fba8a (MD5) Previous issue date: 2012-12-19 / A utilização não sustentável dos recursos naturais tem gerado condições de escassez ou até mesmo esgotamento de alguns destes recursos. A água é um dos recursos naturais mais ameaçados pela exploração não sustentável. O estudo em bacias hidrográficas possibilita a integração dos fatores que condicionam a qualidade e a quantidade dos recursos hídricos, com os seus reais condicionantes físicos e antrópicos. A modelagem matemática constitui uma importante ferramenta para o gerenciamento dos recursos hídricos e o estudo geográfico de bacias hidrográficas. Do exposto, objetivou-se, avaliar a aplicabilidade do TOPMODEL para simular a vazão máxima (Qmáx), lâmina de escoamento superficial (LES) e hidrogramas de escoamento superficial em eventos de precipitação na microbacia hidrográfica do córrego Jaqueira (MCJ). A área de estudo possui 0,22 km², cinco tipos de uso e cobertura do solo, e um rio perene. Os dados de entrada do modelo constituíram-se do Indice topográfico, gerado a partir do MNT com resolução de 7m X 7m, da capacidade de água disponível na zona radicular, obtida por meio da média ponderada de cada valor para cada cobertura do solo, do déficit inicial de umidade na zona radicular, sendo considerado como 40% do SRmáx, da velocidade de propagação em canal, calculado a partir do tempo de concentração, e do armazenamento exponencial e da transmissividade efetiva do solo, ambos obtidos em literatura. Foram escolhidos 20 eventos durante o período de 19 de julho de 2009 a 28 de dezembro de 2011, no qual foram escolhidos de forma aleatória 6 eventos para calibração e 14 eventos para validação do modelo. Os eventos simulados no processo de calibração mostrou tendência de subestimar a Qmáx e LES em média 71% e 51%, respectivamente, ao final do processo foi calculado a média dos parâmetros de entrada tendo como critério os valores dos eventos que apresentaram valores positivos de eficiência, para serem utilizados no processo de validação. Após simular os 14 eventos destinados ao processo de validação do modelo, observou-se a tendência do modelo em simular 4 tipos de hidrogramas, que são, eventos em que os valores de Qmáx e LES foram subestimados em média de 50%, eventos que apresentam simulações com dois picos de Qmáx, em que o primeiro pico é subestimado e o segundo superestimado, eventos que apresentaram os melhores valores de eficiência com um pico bem definido, e eventos que apresentaram os piores valores de eficiência. Sendo que em resumo o modelo subestimou a Qmáx em 71% dos eventos e a LES em 51% dos eventos. Cabe destacar os eventos 6, 10 e 14 onde apresentaram eficiência acima de 0,70, e os eventos 9 e 11,em que por não terem suas amplitudes de intensidade de precipitação englobadas no processo de calibração apresentaram os piores resultados entre todos os eventos de validação analisados. Apesar do TOPMODEL apresentar baixa eficiência em diversas simulações dos hidrogramas de vazão de escoamento superficial, o modelo é promissor na modelagem dos hidrogramas, uma vez que os valores de vazão analisados na MCJ são muito pequenos / The unsustainable use of natural resources has generated conditions of scarcity or even exhaustion of some of these resources. Water is a natural resource most threatened by unsustainable exploration. The study watersheds enables integration of the factors that influence the quality and quantity of water resources, with its real physical and human constraints. Mathematical modeling is an important tool for the management of water resources and geographical study watershed. From the above, our aim was to evaluate the applicability of TOPMODEL to simulate the maximum flow (Qmáx), blade runoff (LES) and the runoff hydrographs for rainfall events in the microbasin hydrographic Jaqueira (MCJ). The study area has 0.22 km ², five types of land use and land cover, and a perennial river. The input data of the model consisted of topographic index, generated from the DEM with resolution of 7m x 7m, the available water capacity in the root zone, obtained by weighted average of each value for each ground cover, the initial deficit of moisture in the root zone, considered as 40% of SRmáx, propagation velocity in the channel, calculated from the time of concentration and storage exponential transmissivity and effective soil, both obtained in literature. 20 events were chosen during the July 19th, 2009 to December 28th, 2011, which were randomly selected for calibration 6 events and 14 events for model validation. The simulated events in the calibration process tended to underestimate the Qmáx and LES averaged 71% and 51%, respectively, at the end of the process was calculated average of the input parameters and values as a criterion of events that showed positive values efficiency to be used in the validation process. After the 14 events designed to simulate the process of validating the model, we observed a tendency of the model to simulate four types of hydrographs, which are events in which the values of Qmáx and LES were underestimated on average by 50%, events that showing simulations with two peaks Qmáx, where the first was underestimated and the second peak was overestimated, events that showed the best efficiency with a well defined peak, and events that showed the worst performance. In summary the model underestimated the Qmáx in 71% of events and the LES in 51% of events. It is worth mentioning events 6, 10 and 14 when it showed an accuracy of 0.70, and events 9 and 11, as for not their amplitudes of rainfall intensity encompassed by the calibration procedure gave the poorest results among all events Validation analyzed. Despite the low efficiency in TOPMODEL present several simulations of flow hydrographs of runoff, the model is promising in modeling of hydrographs, once that the values of flow analyzed in MCJ are very small

Orientadores: Christiano Lyra Filho, Romis Ribeiro de Faissol Attux / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-14T08:57:13Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Siqueira_HugoValadares_M.pdf: 4462928 bytes, checksum: 6c158aa0553a6c0912bf75c565974370 (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: O Sistema Elétrico é um dos pilares do desenvolvimento tecnológico e industrial de uma nação. Dessa forma, é necessário gerir de uma maneira eficiente todos os recursos necessários para obtenção de energia elétrica. Os recursos hídricos se tornam essenciais já que o parque gerador brasileiro é predominantemente hidráulico. Neste contexto, o estudo da previsão de séries de vazões das usinas hidrelétricas tornou-se um campo de pesquisa altamente relevante para o planejamento da geração de energia no Brasil. Os modelos empregados pelo setor elétrico são os chamados modelos de Box & Jenkins, que exige um pré-tratamento dos dados de entrada por conta da sazonalidade encontrada nas vazões ao longo do ano. Este trabalho se utiliza de uma gama de modelos de previsão para comparação de desempenho no problema de previsão de séries de vazões médias mensais, em períodos distintos, da usina hidrelétrica de Furnas. Dentre os modelos lineares, é proposta a utilização de um dos modelos estatísticos, o Auto-regressivo e Médias Móveis (ARMA), tendo seus coeficientes calculados através de algoritmos bioinspirados: algoritmo genético e duas propostas de algoritmos imunológicos, uma baseada em pequenas alterações do CLONALG e a opt-aiNet. Em seguida, um filtro linear realimentado de resposta ao impulso infinita (IIR) tem seus coeficientes calculados pelos algoritmos de otimização acima citados. Na parte dos métodos nãolineares, fez-se a abordagem da aplicação de redes neurais artificiais do tipo perceptron de múltiplas camadas (MLP), com a utilização do algoritmo do gradiente conjugado escalonado modificado para o treinamento. Por fim, uma rede de estados de eco (ESN) é utilizada no problema, com dois algoritmos de treinamento: a proposta de Ozturk et al. E a de Consolaro. Os resultados experimentais mostram a aplicabilidade das ferramentas bioinspiradas e, em muitos casos, a relevância do laço de realimentação. No caso nãolinear, não foi possível obter resultados expressivos para a MLP, enquanto as ESN's mostraram alguns resultados promissores. / Abstract: The Electric System is one of the pillars of technological and industrial development of a nation. Thus, it is necessary to manage in an efficient manner all necessary resources to obtain electrical energy. Water resources become essential since the Brazilian generator park is predominantly hydraulic. In this context, the study of prediction of the streamflow series of hydroelectric dams has become a field of research highly relevant to the planning of energy generation in Brazil. The models used by the electric sector are called models of Box & Jenkins, which requires pre-processing of input data due to the seasonality found in streamflow throughout the year. This work uses a range of forecasting models to compare performance in the problem of monthly averages streamflows series approached, in different periods, the hydroelectric power plant of Furnas. Among the linear models, it is proposed to use one of a statistical model, the autoregressive and moving average (ARMA), taking their coefficients calculated by bio-inspired algorithms: genetic algorithm and two proposed of immunological algorithms, one based on small changes in CLONALG and opt-aiNet. Then, a recurrent linear filter with the infinite impulse response (IIR) has its coefficients calculated by the optimization algorithms above. At the non-linear part, it is the approach of applying artificial neural networks of the type of multi-layer perceptron (MLP), using the algorithm of the modified scaled conjugate gradient for training. Finally, an echo states network is used in the problem, with two training algorithms: the proposal of Ozturk and of Consolaro. The experimental results show the applicability of bio-inspired tools and, in many cases, the importance of the loop of feedback. For the non-linear case, it was not possible to obtain significant results for the MLP, while the ESN's have shown some promising results. / Mestrado / Automação / Mestre em Engenharia Elétrica

Made available in DSpace on 2014-07-29T15:01:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao_Maira de Carvalho.pdf: 846890 bytes, checksum: 1b876a63defdf3d8fc33aa92bba455c5 (MD5) Previous issue date: 2011-08-29 / CARVALHO, M. Calibration models of urban drainage using multiobjective evolutionary algorithms. 2011. Dissertation (Masters of Environmental Engineering) - Civil Engineering College, Post-Graduation Stricto Sensu Program in Environmental Engineering - Federal University of Goiás, Goiânia, Goiás, Brazil, 2011.. This study proposed to develop and implement a calibration routine hydrological models applied to urban drainage using multiobjective optimization techniques. To make this work possible model was adopted Storm Water Management Model (SWMM) and the computational algorithms developed in MATLAB environment using an evolutionary algorithm. The method was applied to two different levels of detail in representing the Arroyo Cancels basin, located in the urban area of Santa Maria-RS, submitted to the hydrological processes involved in the process of rainfall-runoff transformation in the search for optimal values of hydrological parameters the basin. Objective functions were defined and applied simultaneously in the calibration parameters. Worked with the simulation of events of low and high intensity settings for two discretization of the watershed, and other simple and subdivided into 18 sub-basins. The sensitivity analysis performed made it possible to check that the parameters that most influenced the basin were simple: Percentage of impervious area and outlet width. Regarding the results for the various watershed discretization can be seen that in most cases when working with a more detailed watershed they were better, except for some isolated events. Overall the model showed better results when high-intensity simulated events for the best compromise solutions, thus showing the importance of using a multiobjective model. / CARVALHO, M. Calibração de modelos de drenagem urbana utilizando algoritmos evolucionários multiobjetivo. 2011. Dissertação (Mestrado em Engenharia do Meio Ambiente) Escola de Engenharia Civil, Programa de Pós-Graduação Stricto Sensu em Engenharia do Meio Ambiente, Universidade Federal de Goiás, Goiânia, 2011. O presente trabalho propôs desenvolver e aplicar uma rotina de calibração de modelos hidrológicos aplicados a drenagem urbana empregando técnicas de otimização multiobjetivo. Para tornar possível a realização deste trabalho foi adotado o modelo Storm Water Management Model (SWMM) e as rotinas computacionais desenvolvidas em ambiente MATLAB, utilizando um algoritmo evolucionário. O método foi aplicado a dois diferentes níveis de detalhamento na representação da bacia do Arroio Cancela, localizada na zona urbana do município de Santa Maria-RS, na busca de valores ótimos de parâmetros hidrológicos da bacia. Foram definidas funções objetivo e aplicadas simultaneamente na calibração de parâmetros. Trabalhou-se com a simulação de eventos de baixa e alta intensidade para duas configurações de bacia hidrográfica, sendo simples e outra subdividida em 18 sub-bacias. A análise de sensibilidade realizada possibilitou a verificação de que os parâmetros que mais influenciaram na bacia simples foram: Porcentagem de área impermeável e Largura do escoamento. Em relação aos resultados para as diferentes configurações de discretização da bacia hidrográfica pode-se verificar que na maioria dos casos quando se trabalhou com uma bacia mais detalhada estes foram melhores, salvo alguns eventos isolados. No geral o modelo apresentou melhores resultados quando simulou eventos de alta intensidade para as soluções de melhor compromisso, assim mostrando a importância da utilização de um modelo multiobjetivo.