WIEGAND, Mario Cesar. Proposta metodológica para estimativa da produção de sedimentos em grandes bacias hidrográficas: estudo de caso Alto Jaguaribe, CE. 2009. 109 f. Dissertação (Mestrado em engenharia agrícola)- Universidade Federal do Ceará, Fortaleza-CE, 2009. / Submitted by Elineudson Ribeiro (elineudsonr@gmail.com) on 2016-06-24T19:17:44Z No. of bitstreams: 1 2009_dis_mcwiegand.pdf: 10173855 bytes, checksum: 4bf39f0c74e0ccbca5361594889230d0 (MD5) / Approved for entry into archive by José Jairo Viana de Sousa (jairo@ufc.br) on 2016-07-21T20:20:14Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2009_dis_mcwiegand.pdf: 10173855 bytes, checksum: 4bf39f0c74e0ccbca5361594889230d0 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-07-21T20:20:14Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2009_dis_mcwiegand.pdf: 10173855 bytes, checksum: 4bf39f0c74e0ccbca5361594889230d0 (MD5) Previous issue date: 2009 / Estimation of sediment yield in large river basins has great importance for the analysis and monitoring of water availability and, consequently, for water resources management. However, there are several difficulties related to such estimation. Thus, the scope of this study was to propose a methodology to estimate sediment yield in large river basins with a large number of dams. The study basin is located within the Upper Jaguaribe basin and presents an area, obtained by SRTM data, of 20,670 km². The sediment yield estimation was based on a suspended sediment rating-curve, obtained by measurements of liquid and solid discharges at the basin outlet. The bedload was estimated using the model of Einstein and Brown. Also, the estimation of sediment retention in reservoirs located upstream the basin outlet was carried out. They were classified as small dams (< 50 hm³), which were grouped into five classes according to their storage capacity, and strategic dams (> 50 hm³). Note that sediment yield was obtained for a 25-years period (1984-2008). The results obtained for total sediment yield within the basin was about 450 t.km-².year-1. From this total, about 130 t.km-².year-1 reach the basin outlet, of which 79% correspond to suspended sediment and 21% is bedload. On the other hand, approximately 320 t.km-².year-1 are retained in the surface reservoirs: 91% are trapped in small reservoirs and 9% are trapped in the large dams of the basin. It can be concluded that the results obtained in this study for the total sediment yield in a large river basin is in agreement to that obtained by other authors in South America. It should also be pointed out that the small dams play an important role in the region, not only in relation to the accumulation of water, but also to the retention of sediment generated in the basin. Such retention prevents that the sediment reaches the strategic dams (Orós, for instance), reducing their sedimentation rates and thus, minimizing the impact of sedimentation on overall water availability in the basin. / A estimativa da produção de sedimentos em grandes bacias hidrográficas possui vasta importância para a análise e o monitoramento da disponibilidade hídrica e, por consequência, para a gestão dos recursos hídricos. Todavia, vários são os óbices relacionados a tal estimativa. Desta forma, o escopo geral deste estudo foi propor uma metodologia para estimar a produção de sedimentos em grandes bacias hidrográficas com número elevado de açudes. A bacia estudada encontra-se inserida na bacia do Alto Jaguaribe e apresentou uma área, obtida através do SRTM, de 20.670 km². A estimativa da produção de sedimento foi realizada com base na curva-chave de sedimento em suspensão, obtida através de medições de descargas líquidas e sólidas no exutório da bacia. A carga de sedimento de leito foi estimada aplicando-se o modelo Einstein e Brown. Procedeu-se, ainda, a estimativa do total de sedimento retido em reservatórios a montante do exutório da bacia monitorada. Estes foram classificados em pequenos açudes (<50 hm³), os quais foram agrupados em cinco classes de acordo com sua capacidade total de acumulação, e açudes estratégicos (>50 hm³). Salienta-se que a produção de sedimento foi obtida para uma série histórica de 25 anos (1984-2008). O resultado encontrado para a produção de sedimento total dentro da bacia foi da ordem de 450 t.km2.ano1. Desse total, cerca de 130 t.km-2.ano-1 passam pelo exutório da bacia, dos quais 79% correspondem a sedimento em suspensão e 21% a sedimento de leito. Por sua vez, 320 t.km-2.ano-1 ficam retidos nos reservatórios, sendo que 91% ficam presos nos pequenos reservatórios e 9% ficam presos nos grandes açudes da bacia. Conclui-se, desta forma, que o resultado encontrado neste estudo para a produção total de sedimento em grandes bacias aproxima-se do obtido por outros autores para a América do Sul. Ressalta-se, ainda, que a pequena açudagem exerce um papel de grande relevância na região, não somente em relação ao acúmulo de água para dessedentação e irrigação, mas também, quanto à retenção de sedimento erodido na bacia. Tal retenção evita que o sedimento chegue aos açudes estratégicos (Orós, por exemplo) diminuindo sua taxa de assoreamento e, portanto, minimizando a redução da disponibilidade hídrica na bacia.

This paper presents an adaptation of the classical model of Streeter-Phelps modeling of Dissolved Oxygen (DO) and Biochemical Oxygen Demand (BOD) in the basin of the Upper Jaguaribe (25,000 km2), State of Ceara, Brazil. The adaptation of the model consisted of the numerical solution of differential equations Streeter-Phelps, considering the effect of incremental flows and sewage releases over the sections, as well as the variability of the sections of rivers and tributaries. For model calibration, including the adjustment of reaeration coefficients (K2) and removal of BOD (Kd), we used the data of the Plan of Management of Waters of the Rio Jaguaribe Basin. Calibration results showed that this simplified model represented well the balance between DO and BOD in a large semi-arid basin, with a good fit for both parameters. For OD, the average deviation was 8.44% and 6.04% by the end and beginning of the rainy season, respectively. As for BOD, the deviations were 18.51% and 30.43% for the two seasons, respectively. In both periods, the OD remained within the standards for Class 2 of Resolution CONAMA 357/2005 throughout the stretch and the BOD breached this limit on a short stretch near the city of Taua. With the already calibrated model were simulated three scenarios: a large full, using as reference flow Q10 of a historical series of Jaguaribe; drought, using the Q50 of the series; and implementation of a WWTP with 80% removal of BOD in all seats. The simulations showed consistent results and that serve as a basis for management of water resources of the study area. / Este trabalho apresenta uma adaptaÃÃo do modelo clÃssico de Streeter-Phelps para modelagem de OxigÃnio Dissolvido (OD) e Demanda BioquÃmica de OxigÃnio (DBO) na bacia do Alto Jaguaribe (Ãrea de 25.000 km2), Estado do CearÃ, Brasil. A adaptaÃÃo do modelo consistiu na resoluÃÃo numÃrica das equaÃÃes diferenciais de Streeter-Phelps, considerando o efeito de vazÃes incrementais e lanÃamentos de esgoto ao longo dos trechos, assim como a variabilidade das seÃÃes dos rios e tributÃrios. Para calibraÃÃo do modelo, incluindo o ajuste dos coeficientes de reaeraÃÃo (K2) e remoÃÃo de DBO (Kd), foram utilizados os dados do Plano de Gerenciamento das Ãguas da Bacia do Rio Jaguaribe. Os resultados da calibraÃÃo mostraram que esse modelo simplificado representou bem o balanÃo entre OD e DBO em uma grande bacia semiÃrida, apresentando um bom ajuste para os dois parÃmetros. Para OD, o desvio mÃdio foi de 8,44% e 6,04% para o fim e inÃcio da estaÃÃo chuvosa, respectivamente. Jà para DBO, os desvios foram de 18,51% e 30,43% para as duas estaÃÃes, respectivamente. Nos dois perÃodos, o OD manteve-se dentro dos padrÃes para Classe 2 da resoluÃÃo CONAMA 357/2005 em todo o trecho e a DBO infringiu este limite em um pequeno trecho prÃximo à cidade de TauÃ. Com o modelo jà calibrado, foram simulados trÃs cenÃrios: uma grande cheia, utilizando como vazÃo de referÃncia o Q10 de uma sÃrie histÃrica do Jaguaribe; estiagem, utilizando o Q50 da sÃrie histÃrica; e, implantaÃÃo de uma ETE com remoÃÃo de 80% de DBO em todas as sedes. As simulaÃÃes apresentaram resultados coerentes e que servem como base para o gerenciamento dos recursos hÃdricos da bacia estudada.

Estimation of sediment yield in large river basins has great importance for the analysis and monitoring of water availability and, consequently, for water resources management. However, there are several difficulties related to such estimation. Thus, the scope of this study was to propose a methodology to estimate sediment yield in large river basins with a large number of dams. The study basin is located within the Upper Jaguaribe basin and presents an area, obtained by SRTM data, of 20,670 kmÂ. The sediment yield estimation was based on a suspended sediment rating-curve, obtained by measurements of liquid and solid discharges at the basin outlet. The bedload was estimated using the model of Einstein and Brown. Also, the estimation of sediment retention in reservoirs located upstream the basin outlet was carried out. They were classified as small dams (< 50 hmÂ), which were grouped into five classes according to their storage capacity, and strategic dams (> 50 hmÂ). Note that sediment yield was obtained for a 25-years period (1984-2008). The results obtained for total sediment yield within the basin was about 450 t.km-Â.year-1. From this total, about 130 t.km-Â.year-1 reach the basin outlet, of which 79% correspond to suspended sediment and 21% is bedload. On the other hand, approximately 320 t.km-Â.year-1 are retained in the surface reservoirs: 91% are trapped in small reservoirs and 9% are trapped in the large dams of the basin. It can be concluded that the results obtained in this study for the total sediment yield in a large river basin is in agreement to that obtained by other authors in South America. It should also be pointed out that the small dams play an important role in the region, not only in relation to the accumulation of water, but also to the retention of sediment generated in the basin. Such retention prevents that the sediment reaches the strategic dams (OrÃs, for instance), reducing their sedimentation rates and thus, minimizing the impact of sedimentation on overall water availability in the basin. / A estimativa da produÃÃo de sedimentos em grandes bacias hidrogrÃficas possui vasta importÃncia para a anÃlise e o monitoramento da disponibilidade hÃdrica e, por consequÃncia, para a gestÃo dos recursos hÃdricos. Todavia, vÃrios sÃo os Ãbices relacionados a tal estimativa. Desta forma, o escopo geral deste estudo foi propor uma metodologia para estimar a produÃÃo de sedimentos em grandes bacias hidrogrÃficas com nÃmero elevado de aÃudes. A bacia estudada encontra-se inserida na bacia do Alto Jaguaribe e apresentou uma Ãrea, obtida atravÃs do SRTM, de 20.670 kmÂ. A estimativa da produÃÃo de sedimento foi realizada com base na curva-chave de sedimento em suspensÃo, obtida atravÃs de mediÃÃes de descargas lÃquidas e sÃlidas no exutÃrio da bacia. A carga de sedimento de leito foi estimada aplicando-se o modelo Einstein e Brown. Procedeu-se, ainda, a estimativa do total de sedimento retido em reservatÃrios a montante do exutÃrio da bacia monitorada. Estes foram classificados em pequenos aÃudes (<50 hmÂ), os quais foram agrupados em cinco classes de acordo com sua capacidade total de acumulaÃÃo, e aÃudes estratÃgicos (>50 hmÂ). Salienta-se que a produÃÃo de sedimento foi obtida para uma sÃrie histÃrica de 25 anos (1984-2008). O resultado encontrado para a produÃÃo de sedimento total dentro da bacia foi da ordem de 450 t.km2.ano1. Desse total, cerca de 130 t.km-2.ano-1 passam pelo exutÃrio da bacia, dos quais 79% correspondem a sedimento em suspensÃo e 21% a sedimento de leito. Por sua vez, 320 t.km-2.ano-1 ficam retidos nos reservatÃrios, sendo que 91% ficam presos nos pequenos reservatÃrios e 9% ficam presos nos grandes aÃudes da bacia. Conclui-se, desta forma, que o resultado encontrado neste estudo para a produÃÃo total de sedimento em grandes bacias aproxima-se do obtido por outros autores para a AmÃrica do Sul. Ressalta-se, ainda, que a pequena aÃudagem exerce um papel de grande relevÃncia na regiÃo, nÃo somente em relaÃÃo ao acÃmulo de Ãgua para dessedentaÃÃo e irrigaÃÃo, mas tambÃm, quanto à retenÃÃo de sedimento erodido na bacia. Tal retenÃÃo evita que o sedimento chegue aos aÃudes estratÃgicos (OrÃs, por exemplo) diminuindo sua taxa de assoreamento e, portanto, minimizando a reduÃÃo da disponibilidade hÃdrica na bacia.