MEDEIROS, P. H. A. Processos hidrossedimentológicos e conectividade em bacia semiárida: modelagem distribuída e validação em diferentes escalas. 2009. 165 f. Tese (Doutorado em Engenharia Civil: Recursos Hídricos) – Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2009. / Submitted by Hohana Sanders (hohanasanders@hotmail.com) on 2016-04-28T16:38:06Z No. of bitstreams: 1 2009_tese_phamedeiros.pdf: 12521470 bytes, checksum: d73c18865dbf369b3f543bf794a172ce (MD5) / Approved for entry into archive by Marlene Sousa (mmarlene@ufc.br) on 2016-05-27T18:21:58Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2009_tese_phamedeiros.pdf: 12521470 bytes, checksum: d73c18865dbf369b3f543bf794a172ce (MD5) / Made available in DSpace on 2016-05-27T18:21:58Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2009_tese_phamedeiros.pdf: 12521470 bytes, checksum: d73c18865dbf369b3f543bf794a172ce (MD5) Previous issue date: 2009-09-28 / Water deficit in semiarid regions, such as the Northeastern Brazil, is a major limiting factor to economic development, with serious social consequences. To ensure the conservation of the available water resources, it is essential to control the human activities that impact negatively on water availability. For instance, uncontrolled soil use and improper agricultural practices, tend to intensify erosion and sediment transport processes, with direct impacts on water availability. Reservoirs siltation causes a reduction of the storage capacity and, hence, of the ability to supply water with high reliability. Sediment input to water bodies also contributes to water quality degradation, by increasing turbidity, which results in a reduction of the concentration of dissolved oxygen, and nutrient enrichment. In addition, soil erosion is a major factor of environmental degradation, causing the loss of nutrients of the top soil layers. Therefore, an accurate assessment of sediment fluxes along its pathway is essential for the identification of potentially erosive areas and regions where deposition processes predominate. For such estimation, a good understanding of the conditions of sediment transport through and between the different catchment compartments is necessary. The potential for movement of the soil particles within the system, denominated connectivity in sediment transport, stands out as a determining factor for the understanding and estimation of the flow of solid mass. In order to evaluate the effect of connectivity on sediment yield in the semiarid region of Brazil, a hydrosedimentological simulation of the Benguê meso-scale catchment (Ceará, Brazil) was carried out with the WASA-SED model. It was found that, in general, water balance in the soil matrix determinates the conditions for runoff generation in the study area: although there is a predominance of surface runoff initiation by Hortonian process, in the catchment scale, excess precipitation is observed only in events of great magnitude or sequences of rain events, when hydrological connectivity is high. Thus, the transport conditions limit sediment yield, generating very similar spatial patterns of runoff and sediment yield. At the catchment scale, the spatial pattern of connectivity was strongly related to soil hydraulic properties, while topographic characteristics played a more important role in sediment transport at the finer scale. The simulation of specific features of semiarid regions by the WASA-SED model, such as Hortonian-type flow, downstream re-infiltration of surface runoff, lateral flow redistribution and dense network of reservoirs, allowed a satisfactory estimate of both water and sediments fluxes in the Benguê catchment (933 km ²), as well as in the Aiuaba sub-basin (12 km ²). A more rigorous test was performed with the technique of Cesium-137 as a tracer of soil erosion/deposition. A comparison between modelled and measured (with 137Cs) values in a representative hillslope showed good correlation between the values. Even though it is a local result, this comparison indicates that the WASA-SED model must be able to simulate sediment fluxes satisfactorily also in the hillslope scale / A deficiência hídrica em regiões semiáridas, como o Nordeste do Brasil, representa um dos principais fatores limitantes ao desenvolvimento econômico, com graves consequências sociais. Para garantir a conservação dos recursos hídricos disponíveis, é imprescindível o controle de ações antrópicas que impactem negativamente a disponibilidade hídrica. Por exemplo, a ocupação desordenada do solo e a utilização de práticas inadequadas na agricultura intensificam a erosão e o transporte de sedimentos, interferindo diretamente na disponibilidade hídrica. O assoreamento de reservatórios causa a redução de sua capacidade de armazenamento e, consequentemente, sua capacidade de regularizar vazões com elevada garantia. O aporte de sedimentos a mananciais contribui também para a degradação da qualidade da água, através do aumento da turbidez, o que provoca a redução da concentração de oxigênio dissolvido, e do enriquecimento de nutrientes. Adicionalmente, a erosão do solo é um dos principais fatores de degradação ambiental, provocando a perda de nutrientes das camadas superficiais de solo. Portanto, uma avaliação precisa dos fluxos de sedimento ao longo de sua trajetória é imprescindível para a identificação de áreas potencialmente erosivas e de locais onde predominam processos de deposição. Para isso, faz-se necessário o conhecimento das condições de transporte dos sedimentos através e entre os diferentes compartimentos da bacia hidrográfica. O potencial de movimento de uma partícula no sistema, denominado de conectividade no transporte de sedimentos, destaca-se como fator determinante para a compreensão e estimativa dos fluxos de massa sólida. De forma a se avaliar o efeito da conectividade sobre a produção de sedimentos na região semiárida do Brasil, realizou-se simulação hidrossedimentológica da bacia hidrográfica de meso-escala do açude Benguê, Ceará, utilizando-se o modelo WASA-SED. Constatou-se que, de um modo geral, o balanço de água no solo determina as condições de geração de escoamento na região de estudo: muito embora haja uma predominância de iniciação do escoamento superficial por processo Hortoniano, na escala de bacia hidrográfica o excesso de precipitação é percebido somente em eventos de grande magnitude ou após sequências de eventos chuvosos, quando a conectividade hidrológica é elevada. Assim, as condições de transporte limitam a produção de sedimentos, gerando padrões espaciais muito semelhantes de escoamento superficial e de produção de sedimentos. Na escala de bacia hidrográfica, o padrão espacial de conectividade mostrou-se fortemente relacionado a características hidráulicas do solo, enquanto que na escala de vertente, características topográficas locais desempenharam um papel mais importante no transporte de sedimentos. A simulação de características específicas do semiárido pelo modelo WASA-SED, tais como escoamento do tipo Hortoniano, reinfiltração a jusante, redistribuição lateral de escoamento e densa rede de reservatórios, permitiu a estimativa satisfatória dos fluxos de água e sedimentos tanto na bacia do Benguê (933 km²) como na sub-bacia de Aiuaba (12 km²). Um teste mais rigoroso foi realizado com o uso da técnica de Césio-137 como traçador de erosão/deposição de sedimentos. A comparação entre valores modelados e medidos com 137Cs em uma vertente representativa demonstrou boa correlação entre os valores. Apesar de se tratar de um resultado local, tal comparação indica que o modelo WASA-SED simule os fluxos de sedimento de maneira satisfatória também na escala de vertente

A poluição hídrica é um dos principais desafios ambientais enfrentados atualmente, causada, principalmente, pelas atividades humanas que introduzem substâncias e materiais prejudiciais aos sistemas ambientais. Umas das principais formas de poluição hídrica é por meio do enriquecimento de nutrientes que traz como consequência a eutrofização das águas. Esse processo altera as características ecológicas dos ecossistemas aquáticos, causando impactos ambientais, econômicos e sociais. Na bacia hidrográfica do ribeirão do Lobo, localizada na região centro-leste do estado de São Paulo, observa-se a presença de diversas atividades que podem alterar a qualidade de suas águas se não forem devidamente planejadas e geridas. Sendo assim, o objetivo desse trabalho foi avaliar os efeitos das atividades humanas sobre o aporte de nutrientes na bacia hidrográfica do ribeirão do Lobo. Para tanto, foram simuladas as cargas e concentrações de fósforo e nitrogênio total nos cursos hídricos da bacia, por meio de uma modelagem distribuída a partir do acoplamento de equações empíricas em ambiente SIG. Informações de uso e ocupação do solo, topográficas, demográficas e hidrológicas foram utilizadas para simular as cargas e concentrações de nutrientes geradas por fontes pontuais e difusas de poluição. Análises dos parâmetros físicos, químicos e biológicos das águas do rio Itaqueri, ribeirão do Lobo e córrego Água Branca foram realizadas a fim de avaliar a qualidade das águas e o desempenho do método utilizado. Os resultados indicam que as cargas simuladas de nitrogênio e fósforo total são majoritariamente geradas por fontes difusas de poluição, com percentual de 81% e 76% respectivamente. A sub-bacia do rio Itaqueri é a região mais crítica da área de estudo, produzindo mais de 50% das cargas de nitrogênio e fósforo total. De toda a carga pontual produzida anualmente na bacia, aproximadamente 90% são geradas na sub-bacia do rio Itaqueri via córrego Água Branca. Os modelos de regressão linear entre as concentrações simuladas e observadas apresentaram relações significativas. Para o nitrogênio, o coeficiente de determinação (R²) encontrado foi igual a 0,73 (p < 0,05) e, para o fósforo, o valor encontrado foi igual a 0,72 (p < 0,05). Esse estudo mostrou que, apesar das limitações, a metodologia foi representativa para a área de estudo, indicando que o modelo foi capaz de diagnosticar e predizer a distribuição espacial da concentração de nutrientes nos sistemas hídricos da bacia hidrográfica do ribeirão do Lobo. / Water pollution is one of the main environmental challenges currently facing, caused mostly by human activities that introduce harmful substances and materials into environmental systems. One of the main forms of water pollution is through the enrichment of nutrients that results in eutrophication of water. This process may change the ecological characteristics of aquatic environments, causing environmental, economic and social impacts. In the Lobo river basin, located in the central region of São Paulo state, several activities can pollute the water of the basin. Thus, the objective of this work was to evaluate the effects of human activities on the nutrient supply in the Lobo river basin. For that, the loads and concentrations of total phosphorus and total nitrogen were simulated for the watercourses through a distributed modeling from the combination of empirical equations in GIS. Land use, topographical, demographic and hydrological information were used to simulate the loads and concentrations of nutrients generated by point sources and diffuse pollution sources. Physical, chemical and biological analysis of waters of the Itaqueri, Lobo and Água Branca streams were carried out in order to evaluate the water quality and the performance of the method used. The results revealed that the simulated loads of total nitrogen and total phosphorus are mostly generated by diffuse sources, with a percentage of 81% and 76% respectively. The Itaqueri river sub-basin is the most critical region of the study area, producing more than 50% of total nitrogen and total phosphorus loads. It was also observed that of all point load produced annually in the basin, 90% are generated in the river Itaqueri sub-basin, through Água Branca stream. The linear regression models between the simulated and observed concentrations of nitrogen and phosphorus presented significant relationship. For nitrogen, the determination coefficient (R²) found was 0.73 (p < 0.05) and for phosphorus the value found was 0.72 (p < 0.05). This study showed that the methodology was representative for the study area, indicating that the model was able to assess the spatial distribution of nutrient concentration in the water systems of the Lobo river basin.