A variação do tempo de residência e o fluxo contínuo de água da bacia hidrográfica em direção à barragem fazem dos reservatórios um sistema de transição entre rios e lagos com características físicas, químicas e biológicas particulares que influenciam a sua hidrodinâmica e o seu metabolismo. O estudo do metabolismo em ecossistemas aquáticos subtropicais, particularmente em reservatórios, e sua relação com a bacia hidrográfica tem sido pouco explorado nos trabalhos que utilizam a modelagem matemática como ferramenta de análise. O presente estudo teve como objetivo quantificar e analisar a variabilidade temporal do metabolismo em um reservatório subtropical de altitude localizado na cidade de Caxias do Sul/RS e sua relação com as contribuições da bacia hidrográfica em termos de vazão e nutrientes. Para tanto, foi aplicado o modelo ecológico baseado em processos IPH-ECO, em conjunto com o modelo hidrológico IPH-II. Após o ajuste dos níveis e a calibração do módulo de qualidade de água do IPH-ECO, foi determinada a variabilidade temporal das taxas metabólicas de produção primária (GPP) e respiração (R) no período de nov/2011 a dez/2012, que, comparado a outros períodos, foi marcado por uma estiagem anormal e um consequente aumento do tempo de residência do reservatório. Foi analisado o comportamento temporal das seguintes variáveis: nível d’água, temperatura, oxigênio dissolvido, clorofila-a, nutrientes, GPP e R, juntamente com as condições de contorno do modelo como as características hidrológicas e de uso e ocupação do solo da bacia hidrográfica. O reservatório apresentou um metabolismo autotrófico 97% do período de simulação, tornando-se heterotrófico em alguns dias da primavera, quando ocorreu uma diminuição da concentração de clorofila-a e fósforo total e uma intensificação do processo de nitrificação. As variações temporais das taxas GPP e R acompanharam o crescimento do fitoplâncton, que esteve mais associado ao padrão de estratificação e ao tempo de residência do reservatório. Nos meses com chuva, o aumento do escoamento superficial da bacia hidrográfica provocou um maior aporte de fósforo no reservatório contribuindo para o aumento do fitoplâncton e, consequentemente, das taxas de GPP e R. A biomassa fitoplanctônica foi o principal fator responsável pelo estabelecimento do metabolismo autotrófico no reservatório o qual respondeu mais em relação à dinâmica interna do sistema que à bacia hidrográfica. / Variation of residence time and continuous water inputs make reservoirs a transition aquatic system between lakes and rivers with physical, chemical and biological features that affect its hydrodynamics and metabolism. The study of aquatic metabolism in subtropical ecosystems, particularly in reservoirs, and its relation with the watershed has been poorly explored in researches that use mathematical models as a tool for analyzing this relation. This study aimed to quantify and analyse the temporal variability of metabolism in an altitude subtropical reservoir located in the city of Caxias do Sul/RS together with biotic and abiotic variables components of the reservoir, considering its relation with the physical features of the watershed. For this purpose, the process-based ecological model IPH-ECO was applied in the reservoir in combination with the hydrological model IPH-II. After the fit of simulated water levels to observation data and the calibration of IPH-ECO water quality module, the temporal variability of primary production (GPP) and respiration (R) was obtained in the period from nov/2011 to dez/2012, when, compared to other time periods, an unusual dry period occurred followed by an increase of reservoir residence time. The temporal pattern of the following variables was analysed: water levels, temperature, dissolved oxygen, chlorophyll-A, nutrients, GPP and R, along with the model boundary conditions, such as watershed land use and hydrology. The reservoir was net autotrophic during 97% of the simulation time period, becoming net heterotrophic for a few days in the spring due to the decreasing of chlorophyll-a and total phosphorus concentration and the strengthening of nitrification process in the reservoir. Temporal variations of GPP and R followed the phytoplankton growth which in turn had been driven by the stratification pattern and the residence time of reservoir. A watershed “fast-flush” was observed during storm events with higher rates of leaching of phosphorus, leading to an increase of chlorophyll-a concentration and thus GPP and R in the reservoir. It could be inferred that, during the simulation time period, the phytoplankton biomass in the reservoir was the main factor in maintaining the autotrophic metabolism which in most of the time was more affected by the internal dynamic of the system than by the physical aspects of watershed.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / In Hydrological rainfall-runoff models, rainfall is one of the main variables analyzed before being used as input data. However, its peculiar characteristics of occurrence make it challenging to measure, especially for developing countries, since it requires monitoring networks with high spatial and temporal resolutions. To overcome such problems, the use of remote sensing to estimate rainfall is being gradually diffused, with results considered of good reliability. In this sense, the objective was to evaluate the results generated by a rainfall-runoff modeling, using precipitation information estimated by the TRMM satellite, applied to four watersheds of different scales. To achieve this objective was used the concentrated model IPH II in the version for Windows® (WIN_IPH2 version 2, denominated in this work as WIPH2). In a first analysis, conducted for the watersheds of the rivers Turvo (1,540 km2), Ijuí (9,450 km2), Jacuí (38,700 km2) and Alto Uruguai (61,900 km2), which are located in southern Brazil, it was observed that the precipitation estimates provided by the TRMM satellite generated consistent spatialized mean rainfall in relation to the generated by rain gauges networks. Were found errors about 7.5% (Ijuí River watershed) to 15% (Turvo River, Jacuí River and Alto Uruguai watersheds). In overall, the daily mean rainfall, generated by the TRMM estimates, increased their correlation with the rain gauges information, as there was an increase in the watershed drainage area. In the modeling, it was noted that the WIPH2 showed good fit for the simulation of flows in the selected watersheds, with exception to the application in the Alto Uruguai watershed. In some cases, even though the mean rainfall estimated by the TRMM had generated greater uncertainty regarding the data generated by the different rain gauge networks, the model was able to compensate the deficiency of this information, by changing parameters within limits considered acceptable for the characteristics watershed. It was found that, in overall, precipitation estimated by the TRMM produced improvements in the flow evaluation coefficient (Nash-Sutcliffe NS, and correlation R coefficients), as there was an increase in the watershed drainage area until the Jacuí River watershed, with a decrease of the coefficients for the Alto Uruguai watershed, which was probably caused by the inadequacy of the WIPH2 concentrated model to the heterogeneous characteristics of the last watershed. In places with good rainfall monitoring coverage, the satellite estimates produced lower results than those generated by information measured by rain gauges. In places where the lack of equipment is accentuated and/or their distribution is non-uniform, the use of satellite estimates proved to be more reliable, reaching clearly superior results. In this sense, it was concluded that the TRMM satellite estimates may present as good alternatives to watersheds with scarce rainfall information measures on the ground, having great chances to show better results when compared to information of rain gauges scarce and poorly distributed. / Nos modelos hidrológicos chuva-vazão, a precipitação é uma das principais variáveis analisadas antes de ser utilizada como informação de entrada. Entretanto, suas características peculiares de ocorrência a tornam de mensuração desafiadora, principalmente para países em desenvolvimento, já que requer redes de monitoramento com elevadas resoluções espaciais e temporais. Para contornar tais problemas, o uso do sensoriamento remoto para estimar precipitações está sendo aos poucos difundido, com resultados considerados de boa confiabilidade. Neste sentido, objetivou-se avaliar os resultados gerados por uma modelagem chuva-vazão, utilizando-se de informações de precipitação estimadas pelo satélite TRMM, aplicada a quatro bacias hidrográficas de diferentes escalas. Para isso foi utilizado o modelo concentrado IPH II, na versão para Windows® (WIN_IPH2 versão 2, denominado neste trabalho como WIPH2). Em uma primeira análise, realizada para as bacias hidrográficas dos rios Turvo (1.540 km2), Ijuí (9.450 km2), Jacuí (38.700 km2) e Alto Uruguai (61.900 km2), localizadas na região sul do Brasil, observou-se que as estimativas de precipitação fornecidas pelo satélite TRMM geraram chuvas médias espacializadas consistentes em relação às geradas pelas redes de pluviômetros, apresentando erros de volume na ordem de 7,5% (bacia do Rio Ijuí) a 15% (bacias dos rios Turvo, Jacuí e Alto Uruguai). Em geral, as chuvas médias diárias, geradas pelas estimativas do TRMM, aumentaram suas correlações com as informações de pluviômetros, conforme houve um aumento da área de drenagem da bacia hidrográfica. Na modelagem, notou-se que o WIPH2 mostrou bom ajuste para a simulação das vazões nas bacias selecionadas, com ressalvas à aplicação na bacia do Alto Uruguai. Em alguns casos, mesmo que a precipitação média estimada pelo TRMM possuísse maior incerteza com relação aos dados gerados pelas diferentes redes de pluviômetros, o modelo conseguiu compensar a deficiência desta informação, por meio da alteração de parâmetros, dentro de limites considerados aceitáveis para as características das bacias hidrográficas. Verificou-se que, em geral, as precipitações estimadas pelo TRMM produziram melhoras no coeficiente de avaliação das vazões (coeficientes de Nash-Sutcliffe NS, e de correlação - R), à medida em que houve um aumento da área de drenagem da bacia hidrográfica até a bacia do Rio Jacuí, com decréscimo dos coeficientes para a bacia do Alto Uruguai, que provavelmente foi causado pela falta de adequação do modelo concentrado WIPH2 às características heterogêneas da última bacia. Em locais com boa cobertura de monitoramento pluviométrico, as estimativas de satélite produziram resultados inferiores aqueles gerados por informações mensuradas em solo; já em locais onde a escassez de equipamentos é acentuada e/ou sua distribuição é não-uniforme, a utilização de estimativas de satélite se mostrou mais confiável, chegando a resultados visivelmente superiores. Neste sentido, concluiu-se que as estimativas do satélite TRMM podem se apresentar como boas alternativas para bacias com escassez de informações de precipitação medidas em solo, tendo grandes chances de apresentarem melhores resultados quando comparadas com informações pontuais escassas e mal distribuídas.

Este trabalho teve por objetivo principal estabelecer e comparar diferentes cenários de ocupação urbana e seus efeitos no ciclo hidrológico. Buscou-se avaliar os riscos de enchentes à jusante, causados pelo crescimento urbano e aumento das áreas de impermeabilização que ocorrerão com a implantação do novo campus da USP – São Carlos – SP e a conseqüente ocupação da bacia devido à especulação imobiliária. Dessa forma, a bacia do córrego do Alto Mineirinho foi dividida em sub-bacias, utilizando a abordagem de bacias embutidas. Foram estudados 4 cenários de ocupação urbana: cenário pré-urbanização (1972); cenário atual (2000), cenário 2025 com plano diretor (CPD) que inclui recuperação ambiental; e cenário 2025 sem plano diretor (SPD). Foram necessárias aerofotografias para demarcação do uso e ocupação do solo. Além disso, esse trabalho iniciou o monitoramento experimental de parâmetros hidrológicos e ambientais. Para avaliação e comparação dos diferentes cenários realizaram-se simulações hidrológicas com uso do modelo hidrológico IPH II. Com as análises hidrológicas foi possível verificar que a bacia, com apenas 18,6 % de urbanização (2000), apresenta qualidade hídrica inferior à recomendada para os corpos d’água classe 2 (CONAMA 357/05). Em relação às simulações hidrológicas, pôde-se observar que no cenário 2025 SPD, a vazão máxima cresceu 388,0 % quando comparada ao cenário 1972 e 319,4 % quando comparada ao cenário 2000. Entre os cenários 2025 CPD e 2025 SPD há diminuição de 22,3 % na vazão máxima e o aumento no tempo de pico é de 50 minutos. Porém, os riscos de enchente, analisados pelo método de curvas de permanência, mostraram-se que mesmo com aplicação de diretrizes do PD os riscos de inundações continuam altos, o que indica a necessidade de integrar medidas estruturais e medidas não-estruturais para amenizar os efeitos de enchentes à jusante / This work aims to establish and to compare different scenarios of urban occupation and its hydrologic effects. It evaluates downstream flood risks caused from upstream urban growth increased due to impervious areas and housing speculation surrounding the implantation of the new campus of University of Sao Paulo in Sao Carlos city, SP. The Mineirinho river basin was studied through nested sub-basin approach. Four scenarios of urban occupation have been depicted: pre-urbanization (year 1972), current situation (year 2000), prospective scenario with master plan (until year 2025; CPD), and expected situation without master plan (until year 2025; SPD). Aerial photos were used to help on the evolution of land occupation between past and current situation. The comparison of different scenarios was outlined with use of hydrologic model IPH II. Moreover, this work set the monitoring and record of hydrologic time series. Through experimental analyses it was verified that with 18,6 % of urban areas the water quality of sub-basins decreased significantly. Hydrologic modeling simulations showed that maximum streamflow discharges of scenario 2025 SPD would rise up to 388,0 % higher than scenario 1972 and 319,4 % higher than scenario 2000 respectively. Maximum stream discharges and peak timing of scenario with master plan of year 2025 (CPD) would have respectively a reduction of 22,3 % and a increase of 50 minutes in comparison to scenario without master plan of year 2025 (SPD). Permanency curves revealed with the application of master plan guidelines flood risks however continue high, thereby pointing the needs of integrate structural and non-structural measures to cope with floods downstream

Este trabalho teve por objetivo principal estabelecer e comparar diferentes cenários de ocupação urbana e seus efeitos no ciclo hidrológico. Buscou-se avaliar os riscos de enchentes à jusante, causados pelo crescimento urbano e aumento das áreas de impermeabilização que ocorrerão com a implantação do novo campus da USP – São Carlos – SP e a conseqüente ocupação da bacia devido à especulação imobiliária. Dessa forma, a bacia do córrego do Alto Mineirinho foi dividida em sub-bacias, utilizando a abordagem de bacias embutidas. Foram estudados 4 cenários de ocupação urbana: cenário pré-urbanização (1972); cenário atual (2000), cenário 2025 com plano diretor (CPD) que inclui recuperação ambiental; e cenário 2025 sem plano diretor (SPD). Foram necessárias aerofotografias para demarcação do uso e ocupação do solo. Além disso, esse trabalho iniciou o monitoramento experimental de parâmetros hidrológicos e ambientais. Para avaliação e comparação dos diferentes cenários realizaram-se simulações hidrológicas com uso do modelo hidrológico IPH II. Com as análises hidrológicas foi possível verificar que a bacia, com apenas 18,6 % de urbanização (2000), apresenta qualidade hídrica inferior à recomendada para os corpos d’água classe 2 (CONAMA 357/05). Em relação às simulações hidrológicas, pôde-se observar que no cenário 2025 SPD, a vazão máxima cresceu 388,0 % quando comparada ao cenário 1972 e 319,4 % quando comparada ao cenário 2000. Entre os cenários 2025 CPD e 2025 SPD há diminuição de 22,3 % na vazão máxima e o aumento no tempo de pico é de 50 minutos. Porém, os riscos de enchente, analisados pelo método de curvas de permanência, mostraram-se que mesmo com aplicação de diretrizes do PD os riscos de inundações continuam altos, o que indica a necessidade de integrar medidas estruturais e medidas não-estruturais para amenizar os efeitos de enchentes à jusante / This work aims to establish and to compare different scenarios of urban occupation and its hydrologic effects. It evaluates downstream flood risks caused from upstream urban growth increased due to impervious areas and housing speculation surrounding the implantation of the new campus of University of Sao Paulo in Sao Carlos city, SP. The Mineirinho river basin was studied through nested sub-basin approach. Four scenarios of urban occupation have been depicted: pre-urbanization (year 1972), current situation (year 2000), prospective scenario with master plan (until year 2025; CPD), and expected situation without master plan (until year 2025; SPD). Aerial photos were used to help on the evolution of land occupation between past and current situation. The comparison of different scenarios was outlined with use of hydrologic model IPH II. Moreover, this work set the monitoring and record of hydrologic time series. Through experimental analyses it was verified that with 18,6 % of urban areas the water quality of sub-basins decreased significantly. Hydrologic modeling simulations showed that maximum streamflow discharges of scenario 2025 SPD would rise up to 388,0 % higher than scenario 1972 and 319,4 % higher than scenario 2000 respectively. Maximum stream discharges and peak timing of scenario with master plan of year 2025 (CPD) would have respectively a reduction of 22,3 % and a increase of 50 minutes in comparison to scenario without master plan of year 2025 (SPD). Permanency curves revealed with the application of master plan guidelines flood risks however continue high, thereby pointing the needs of integrate structural and non-structural measures to cope with floods downstream

A modelagem hidrológica-hidrodinâmica de bacias, rios e grandes corpos d’água, como lagos e lagunas, é usualmente realizada por meio do acoplamento externo entre modelos hidrológicos-hidráulicos e modelos hidrodinâmicos de duas ou três dimensões. Dessa forma, simulam-se com o modelo hidrológico-hidráulico as vazões nos rios afluentes e utiliza-se essa informação como entrada no modelo hidrodinâmico dos grandes corpos d’água. Essa abordagem permite considerações sobre a hidrodinâmica desses sistemas de forma detalhada. No entanto, quando o interesse é a simulação de níveis e áreas alagadas, por exemplo, para previsões de vazões ou realizações de estudos de mudanças climáticas, a mesma pode ser custosa e de difícil operacionalização. Dessa forma, o presente estudo foi desenvolvido para investigar uma abordagem alternativa, a simulação de bacias, rios e lagos e/ou lagunas com um só modelo hidrológico-hidráulico, o modelo MGB-IPH Inercial, avaliando a inclusão da influência do vento no algoritmo inercial de propagação de vazões na simulação, já que esse fator pode exercer influência importante em grandes corpos d’água. A área de estudo selecionada para testar essa abordagem consistiu na bacia hidrográfica da Laguna dos Patos, localizada no Brasil e no Uruguai. Os resultados mostraram que foi possível utilizar a abordagem integrada proposta no presente estudo na simulação dos níveis d’água na Laguna dos Patos, RS. Resultados das métricas de desempenho dos níveis foram comparados com a literatura, verificando similaridade com resultados obtidos por meio da abordagem tradicional. Analisou-se a influência da inclusão do efeito do vento no método inercial e propôs-se um ábaco para estimar o efeito máximo que o vento exerce sobre escoamentos de características específicas. Verificou-se que a inclusão da influência do vento melhorou a representação do sistema modelado, portanto, encorajando a utilização da versão modificada proposta nesse estudo na simulação de outros locais influenciados por esse fator. Testes realizados permitiram a obtenção de novos conhecimentos da técnica de modelagem utilizada, sinalizando melhorias com a utilização de conjuntos de dados de vento com maior disponibilidade temporal e espacial e com a utilização de dados de níveis d’água como condição de contorno de jusante. Estudos futuros viabilizados a partir deste trabalho englobam a utilização do modelo proposto em análises de mudanças climáticas e de uso do solo, reanálise de cheias históricas, como a cheia de 1941, e estabelecimento de sistemas de previsão dos níveis no Guaíba e na Laguna dos Patos. / Hydrological-hydrodynamic modelling of basins, rivers and large water bodies such as lakes and lagoons is usually performed by the external coupling of hydrological-hydraulic models and 2D or 3D hydrodynamic models. Therefore, the river discharges into the lake are calculated by the hydrologic-hydraulic model and then used as an input in the hydrodynamic model. This approach allows for detailed simulation of lake or lagoon hydrodynamics and circulation. However, when the objective is to simulate water levels and flooded areas, this approach may become too costly, making it difficult to stablish operational systems such as flood forecasting. Therefore, in the present study, an integrated approach is proposed by the use of one integrated hydrologic-hydraulic model, the MGB-IPH Inertial model, to simulate such complex systems including wind shear influence in the inertial flood routing algorithm. The study area was the Patos Lagoon basin, located in both Brazil and Uruguay. Results showed that it was possible to use the proposed approach to simulate flooded areas and water levels in the Patos Lagoon and Lake Guaíba. Results of performance indicators were compared to results available in the literature obtained by the use of 2D hydrodynamic models and similarity among them was verified. The influence of the wind shear inclusion on the inertial routing method was analyzed; an abacus and an equation were proposed to estimate the maximum influence wind shear can exert in a system under specific conditions. Improvement of model results were verified with the inclusion of wind effect in the flow routing algorithm, encouraging the use of the modified model in the simulation of other locations susceptible to wind influence. Tests performed allowed for the acknowledgment of factors that influence the modelling approach proposed. More spatially and temporally detailed wind data helped to improve results, such as the use of water level data as downstream boundary condition to include tide effects in the system. Future studies of the proposed model of the Patos Lagoon basin include climate change and land change effects on water levels, historical flood simulations, such as the famous flood of 1941, and the establishment of flood forecasting systems to predict lagoon water levels.

A modelagem hidrológica-hidrodinâmica de bacias, rios e grandes corpos d’água, como lagos e lagunas, é usualmente realizada por meio do acoplamento externo entre modelos hidrológicos-hidráulicos e modelos hidrodinâmicos de duas ou três dimensões. Dessa forma, simulam-se com o modelo hidrológico-hidráulico as vazões nos rios afluentes e utiliza-se essa informação como entrada no modelo hidrodinâmico dos grandes corpos d’água. Essa abordagem permite considerações sobre a hidrodinâmica desses sistemas de forma detalhada. No entanto, quando o interesse é a simulação de níveis e áreas alagadas, por exemplo, para previsões de vazões ou realizações de estudos de mudanças climáticas, a mesma pode ser custosa e de difícil operacionalização. Dessa forma, o presente estudo foi desenvolvido para investigar uma abordagem alternativa, a simulação de bacias, rios e lagos e/ou lagunas com um só modelo hidrológico-hidráulico, o modelo MGB-IPH Inercial, avaliando a inclusão da influência do vento no algoritmo inercial de propagação de vazões na simulação, já que esse fator pode exercer influência importante em grandes corpos d’água. A área de estudo selecionada para testar essa abordagem consistiu na bacia hidrográfica da Laguna dos Patos, localizada no Brasil e no Uruguai. Os resultados mostraram que foi possível utilizar a abordagem integrada proposta no presente estudo na simulação dos níveis d’água na Laguna dos Patos, RS. Resultados das métricas de desempenho dos níveis foram comparados com a literatura, verificando similaridade com resultados obtidos por meio da abordagem tradicional. Analisou-se a influência da inclusão do efeito do vento no método inercial e propôs-se um ábaco para estimar o efeito máximo que o vento exerce sobre escoamentos de características específicas. Verificou-se que a inclusão da influência do vento melhorou a representação do sistema modelado, portanto, encorajando a utilização da versão modificada proposta nesse estudo na simulação de outros locais influenciados por esse fator. Testes realizados permitiram a obtenção de novos conhecimentos da técnica de modelagem utilizada, sinalizando melhorias com a utilização de conjuntos de dados de vento com maior disponibilidade temporal e espacial e com a utilização de dados de níveis d’água como condição de contorno de jusante. Estudos futuros viabilizados a partir deste trabalho englobam a utilização do modelo proposto em análises de mudanças climáticas e de uso do solo, reanálise de cheias históricas, como a cheia de 1941, e estabelecimento de sistemas de previsão dos níveis no Guaíba e na Laguna dos Patos. / Hydrological-hydrodynamic modelling of basins, rivers and large water bodies such as lakes and lagoons is usually performed by the external coupling of hydrological-hydraulic models and 2D or 3D hydrodynamic models. Therefore, the river discharges into the lake are calculated by the hydrologic-hydraulic model and then used as an input in the hydrodynamic model. This approach allows for detailed simulation of lake or lagoon hydrodynamics and circulation. However, when the objective is to simulate water levels and flooded areas, this approach may become too costly, making it difficult to stablish operational systems such as flood forecasting. Therefore, in the present study, an integrated approach is proposed by the use of one integrated hydrologic-hydraulic model, the MGB-IPH Inertial model, to simulate such complex systems including wind shear influence in the inertial flood routing algorithm. The study area was the Patos Lagoon basin, located in both Brazil and Uruguay. Results showed that it was possible to use the proposed approach to simulate flooded areas and water levels in the Patos Lagoon and Lake Guaíba. Results of performance indicators were compared to results available in the literature obtained by the use of 2D hydrodynamic models and similarity among them was verified. The influence of the wind shear inclusion on the inertial routing method was analyzed; an abacus and an equation were proposed to estimate the maximum influence wind shear can exert in a system under specific conditions. Improvement of model results were verified with the inclusion of wind effect in the flow routing algorithm, encouraging the use of the modified model in the simulation of other locations susceptible to wind influence. Tests performed allowed for the acknowledgment of factors that influence the modelling approach proposed. More spatially and temporally detailed wind data helped to improve results, such as the use of water level data as downstream boundary condition to include tide effects in the system. Future studies of the proposed model of the Patos Lagoon basin include climate change and land change effects on water levels, historical flood simulations, such as the famous flood of 1941, and the establishment of flood forecasting systems to predict lagoon water levels.

A modelagem hidrológica-hidrodinâmica de bacias, rios e grandes corpos d’água, como lagos e lagunas, é usualmente realizada por meio do acoplamento externo entre modelos hidrológicos-hidráulicos e modelos hidrodinâmicos de duas ou três dimensões. Dessa forma, simulam-se com o modelo hidrológico-hidráulico as vazões nos rios afluentes e utiliza-se essa informação como entrada no modelo hidrodinâmico dos grandes corpos d’água. Essa abordagem permite considerações sobre a hidrodinâmica desses sistemas de forma detalhada. No entanto, quando o interesse é a simulação de níveis e áreas alagadas, por exemplo, para previsões de vazões ou realizações de estudos de mudanças climáticas, a mesma pode ser custosa e de difícil operacionalização. Dessa forma, o presente estudo foi desenvolvido para investigar uma abordagem alternativa, a simulação de bacias, rios e lagos e/ou lagunas com um só modelo hidrológico-hidráulico, o modelo MGB-IPH Inercial, avaliando a inclusão da influência do vento no algoritmo inercial de propagação de vazões na simulação, já que esse fator pode exercer influência importante em grandes corpos d’água. A área de estudo selecionada para testar essa abordagem consistiu na bacia hidrográfica da Laguna dos Patos, localizada no Brasil e no Uruguai. Os resultados mostraram que foi possível utilizar a abordagem integrada proposta no presente estudo na simulação dos níveis d’água na Laguna dos Patos, RS. Resultados das métricas de desempenho dos níveis foram comparados com a literatura, verificando similaridade com resultados obtidos por meio da abordagem tradicional. Analisou-se a influência da inclusão do efeito do vento no método inercial e propôs-se um ábaco para estimar o efeito máximo que o vento exerce sobre escoamentos de características específicas. Verificou-se que a inclusão da influência do vento melhorou a representação do sistema modelado, portanto, encorajando a utilização da versão modificada proposta nesse estudo na simulação de outros locais influenciados por esse fator. Testes realizados permitiram a obtenção de novos conhecimentos da técnica de modelagem utilizada, sinalizando melhorias com a utilização de conjuntos de dados de vento com maior disponibilidade temporal e espacial e com a utilização de dados de níveis d’água como condição de contorno de jusante. Estudos futuros viabilizados a partir deste trabalho englobam a utilização do modelo proposto em análises de mudanças climáticas e de uso do solo, reanálise de cheias históricas, como a cheia de 1941, e estabelecimento de sistemas de previsão dos níveis no Guaíba e na Laguna dos Patos. / Hydrological-hydrodynamic modelling of basins, rivers and large water bodies such as lakes and lagoons is usually performed by the external coupling of hydrological-hydraulic models and 2D or 3D hydrodynamic models. Therefore, the river discharges into the lake are calculated by the hydrologic-hydraulic model and then used as an input in the hydrodynamic model. This approach allows for detailed simulation of lake or lagoon hydrodynamics and circulation. However, when the objective is to simulate water levels and flooded areas, this approach may become too costly, making it difficult to stablish operational systems such as flood forecasting. Therefore, in the present study, an integrated approach is proposed by the use of one integrated hydrologic-hydraulic model, the MGB-IPH Inertial model, to simulate such complex systems including wind shear influence in the inertial flood routing algorithm. The study area was the Patos Lagoon basin, located in both Brazil and Uruguay. Results showed that it was possible to use the proposed approach to simulate flooded areas and water levels in the Patos Lagoon and Lake Guaíba. Results of performance indicators were compared to results available in the literature obtained by the use of 2D hydrodynamic models and similarity among them was verified. The influence of the wind shear inclusion on the inertial routing method was analyzed; an abacus and an equation were proposed to estimate the maximum influence wind shear can exert in a system under specific conditions. Improvement of model results were verified with the inclusion of wind effect in the flow routing algorithm, encouraging the use of the modified model in the simulation of other locations susceptible to wind influence. Tests performed allowed for the acknowledgment of factors that influence the modelling approach proposed. More spatially and temporally detailed wind data helped to improve results, such as the use of water level data as downstream boundary condition to include tide effects in the system. Future studies of the proposed model of the Patos Lagoon basin include climate change and land change effects on water levels, historical flood simulations, such as the famous flood of 1941, and the establishment of flood forecasting systems to predict lagoon water levels.

Intimate partner violence (IPV) is a global human rights issue that affects approximately 25% of women and 10% of men and is the leading cause of homicides of women worldwide. Multiple studies have been conducted by medical and dental practitioners to screen for indicators of IPV so that victims can be directed toward resources for help. However, despite its prevalence, injury patterns indicative of intimate partner homicide (IPH) have not previously been studied. Given that blunt force injuries are the primary type of trauma associated with IPV and the second leading trauma associated with IPH (after gunshot trauma), craniofacial fracture patterns from blunt force trauma associated with IPH served as the focus of this study. Using computed tomography (CT) scans obtained from the New Mexico Office of the Medical Investigator of identified victims of IPH, the fracture location and quantity of fractures were compared a compilation of results from previously published studies on IPV. In addition, data on fracture type were collected on the IPH sample, as this can provide information about the fracture-causing blow. This study aimed to determine whether there are differences in fracture patterns associated with IPH versus incidence of IPV that were survived. It was found that some trends present in IPV cases were maintained in IPH cases--such as a concentration of fractures to the mid-face-- fractures in IPH cases were more distributed over the skull and presented with an more frequently on the upper face and cranial vault, as well as fractures to the right side of the body.

A distribuição espacial dos peixes em ecossistemas aquáticos é dependente de diversos fatores físicos, químicos e biológicos. Os peixes jovens e adultos podem direcionar seu movimento seguindo condições favoráveis no que concerne às condições ambientais e de biomassa de presas e predadores. Dentro desse contexto, o presente trabalho visou analisar as contribuições da incorporação da movimentação à modelagem ecológica baseada em processos, quando estimada a distribuição espacial da biomassa de grupos funcionais de peixes em lago raso subtropical. O movimento é representado através do efeito combinado entre os movimentos passivo, em função da hidrodinâmica da lagoa, e comportamental, baseado na capacidade dos peixes de buscar ambiente mais adequado. A cada intervalo de tempo, a velocidade e a direção da corrente, calculadas no módulo hidrodinâmico do modelo IPH-ECO, são utilizadas juntamente com a velocidade e direção obtidos para o movimento comportamental de cada grupo funcional de peixes, para atualizar a biomassa íctica. O movimento comportamental é determinado através da utilização de um índice de adequabilidade do habitat (HSI), considerando as respostas funcionais a fatores tais como biomassa de presas, biomassa de predadores, luz, temperatura e oxigênio dissolvido. O modelo sem a rotina de movimentação dos peixes resultou na estimativa de biomassas homogêneas de todos os grupos funcionais ao longo da lagoa. Com a incorporação da movimentação observaram-se diferenças significativas na dinâmicas das biomassas dos grupos funcionais de peixes tanto entre regiões geográficas quando entre regiões biológicas da lagoa. As biomassas de omnívoros e planctívoros adultos apresentaram forte relação com as biomassas de alimento, em especial com os zoobentos. A biomassa de piscívoros, além da biomassa de alimento, teve dependência de fatores físicos, tais como o coeficiente de atenuação da luz e temperatura. O modelo com movimentação beneficia o modelo ecológico ao representar a possibilidade dos peixes de escolher o habitat, no entanto, adiciona complexidade em função da inserção de parâmetros relacionados às respostas funcionais e aos pesos de cada resposta na formação do índice. Os movimentos comportamental e passivo podem ter importâncias relativas diferentes na definição da movimentação das biomassas dos grupos funcionais de peixes. O equacionamento e os parâmetros existentes no módulo de peixes no modelo IPH-ECO podem não estar representando de forma suficientemente adequada as comunidades de peixes de ecossistemas subtropicais. / The spatial distribution of fish in aquatic ecosystems is dependent on various physical, chemical and biological factors. Unlike early life stages, young and adult fish can direct their movement following favorable environmental and biomass of prey and predators conditions. This study aimed to analyze the contribution of fish movement incorporation in a process-based ecological modeling, when estimating the spatial distribution of fish functional groups biomass in a subtropical shallow lake. Fish movement is represented by the combined effect of passive movement, due to lake hydrodynamics, and behavioral movement, based on the ability of fish to seek more suitable environments. At each time step, the flow speed and direction estimated on IPH-ECO’s hydrodynamic module are used along with the speed and direction estimated for behavioral movement to update each fish’s functional group biomass position. The behavioral movement is determined using a habitat suitability index (HSI) considering the functional responses to factors such as prey and predator biomass, light, temperature and dissolved oxygen. Process-based modeling, without fish movement, resulted in homogeneous biomass estimatives along the lake when analizing all functional groups. Significant differences in fish biomass between geographical regions as well as between biological regions were observed when movement was incorporated. There is a strong relationship between adult omnivorous and planktivorous distribution and food biomass. Besides food biomass, piscivorous distribution did show dependence on physical factors such as the extinction coefficient of light and temperature. The opportunity of moving improves fish dynamics representation. Nonetheless, movement adds complexity to ecological modeling since there is the inclusion of parameters related to functional responses and the need of defining each ones weight when calculating the index. Behavioral and passive movements may have distinct relative importance to the biomass movement definition. Existing equations and parameters used to describe fish processes in the model might not be representing properly fish communities from subtropical ecosystems.

A distribuição espacial dos peixes em ecossistemas aquáticos é dependente de diversos fatores físicos, químicos e biológicos. Os peixes jovens e adultos podem direcionar seu movimento seguindo condições favoráveis no que concerne às condições ambientais e de biomassa de presas e predadores. Dentro desse contexto, o presente trabalho visou analisar as contribuições da incorporação da movimentação à modelagem ecológica baseada em processos, quando estimada a distribuição espacial da biomassa de grupos funcionais de peixes em lago raso subtropical. O movimento é representado através do efeito combinado entre os movimentos passivo, em função da hidrodinâmica da lagoa, e comportamental, baseado na capacidade dos peixes de buscar ambiente mais adequado. A cada intervalo de tempo, a velocidade e a direção da corrente, calculadas no módulo hidrodinâmico do modelo IPH-ECO, são utilizadas juntamente com a velocidade e direção obtidos para o movimento comportamental de cada grupo funcional de peixes, para atualizar a biomassa íctica. O movimento comportamental é determinado através da utilização de um índice de adequabilidade do habitat (HSI), considerando as respostas funcionais a fatores tais como biomassa de presas, biomassa de predadores, luz, temperatura e oxigênio dissolvido. O modelo sem a rotina de movimentação dos peixes resultou na estimativa de biomassas homogêneas de todos os grupos funcionais ao longo da lagoa. Com a incorporação da movimentação observaram-se diferenças significativas na dinâmicas das biomassas dos grupos funcionais de peixes tanto entre regiões geográficas quando entre regiões biológicas da lagoa. As biomassas de omnívoros e planctívoros adultos apresentaram forte relação com as biomassas de alimento, em especial com os zoobentos. A biomassa de piscívoros, além da biomassa de alimento, teve dependência de fatores físicos, tais como o coeficiente de atenuação da luz e temperatura. O modelo com movimentação beneficia o modelo ecológico ao representar a possibilidade dos peixes de escolher o habitat, no entanto, adiciona complexidade em função da inserção de parâmetros relacionados às respostas funcionais e aos pesos de cada resposta na formação do índice. Os movimentos comportamental e passivo podem ter importâncias relativas diferentes na definição da movimentação das biomassas dos grupos funcionais de peixes. O equacionamento e os parâmetros existentes no módulo de peixes no modelo IPH-ECO podem não estar representando de forma suficientemente adequada as comunidades de peixes de ecossistemas subtropicais. / The spatial distribution of fish in aquatic ecosystems is dependent on various physical, chemical and biological factors. Unlike early life stages, young and adult fish can direct their movement following favorable environmental and biomass of prey and predators conditions. This study aimed to analyze the contribution of fish movement incorporation in a process-based ecological modeling, when estimating the spatial distribution of fish functional groups biomass in a subtropical shallow lake. Fish movement is represented by the combined effect of passive movement, due to lake hydrodynamics, and behavioral movement, based on the ability of fish to seek more suitable environments. At each time step, the flow speed and direction estimated on IPH-ECO’s hydrodynamic module are used along with the speed and direction estimated for behavioral movement to update each fish’s functional group biomass position. The behavioral movement is determined using a habitat suitability index (HSI) considering the functional responses to factors such as prey and predator biomass, light, temperature and dissolved oxygen. Process-based modeling, without fish movement, resulted in homogeneous biomass estimatives along the lake when analizing all functional groups. Significant differences in fish biomass between geographical regions as well as between biological regions were observed when movement was incorporated. There is a strong relationship between adult omnivorous and planktivorous distribution and food biomass. Besides food biomass, piscivorous distribution did show dependence on physical factors such as the extinction coefficient of light and temperature. The opportunity of moving improves fish dynamics representation. Nonetheless, movement adds complexity to ecological modeling since there is the inclusion of parameters related to functional responses and the need of defining each ones weight when calculating the index. Behavioral and passive movements may have distinct relative importance to the biomass movement definition. Existing equations and parameters used to describe fish processes in the model might not be representing properly fish communities from subtropical ecosystems.