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.

ALVES, Nilvia Nara de Lucena. Caracterização de micro-bacia hidrográfica experimental no semi-árido brasileiro como suporte a estudos de degradação. 2008. 74 f. Dissertação (Mestrado em engenharia agrícola)- Universidade Federal do Ceará, Fortaleza-CE, 2008. / Submitted by Elineudson Ribeiro (elineudsonr@gmail.com) on 2016-06-24T19:46:06Z No. of bitstreams: 1 2008_dis_nnlalves.pdf: 4979980 bytes, checksum: 8b61f9155fbd42998a611ce5ad3a5866 (MD5) / Approved for entry into archive by José Jairo Viana de Sousa (jairo@ufc.br) on 2016-07-21T20:20:29Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2008_dis_nnlalves.pdf: 4979980 bytes, checksum: 8b61f9155fbd42998a611ce5ad3a5866 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-07-21T20:20:29Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2008_dis_nnlalves.pdf: 4979980 bytes, checksum: 8b61f9155fbd42998a611ce5ad3a5866 (MD5) Previous issue date: 2008 / This work aims to present an analysis through the experiments driven in a watershed to support the future studies that point out to identification and checking the causes that promote the degradation in the semiarid region of the Northeast of Brazil. It was taken two watershed cited in the Escola Agrotécnica Federal de Iguatu – EAFIGT located in the Iguatu County, Ceará, Brazil, It was made the morphometrical characterization, the identification of the vegetation (herbaceous and arboreal) substrates and the evaluation of the sediments transport related to physical aspects with the hydrological processes. The experiment was developed during the first semester of 2008 (rainfall station). The considered morphometrical aspects were: length and sinuosity of the main stream and slope, area, length, form factor, compactness coefficient, concentration time of the watershed, as well as the runoff time. The cover vegetation was estimated account all species present in a sampled space of 10 m x 10 m in a randomized design with three replications in each watershed. From the all computed individuals present in each sampled space, the density of vegetable was obtained by area and the population was estimated in the watersheds. In the evaluation of the sediments transport it was used the following equipments: suspended sediment flow collectors, weir parshall and meteorological station. The station was made in the Universidade Federal do Ceará- UFC/DENA/LEMA. Results showed that cover vegetation was composed, basically by 23 species, being the most abundant Hyptis sauaviolens (L.) point (Bambural) and Hyptis sp. (Melosa) herbaceous and arboreal shrubby the Aspidosperma pyrifolium Mart (Pereiro). The plant density for unity of area was 1,43 individual/m2 and 1,18 individual/m2 for the watershed B1 and B2, respectively. The estimated of vegetation population was 16,395 individuals for B1 and 24,421 individuals for B2, respectively. During the studied period, the air temperature went from 41 oC to 20 oC and the relative humidity went from 100% to 35%. The most intensity rainfall for 5 minutes was 140 mm h-1 in an event of 126 mm. The watershed areas were 1,15 ha and 2,06 ha for the watershed B1 and B2, respectively, with slope 8,7 for B1 and 10,6 %. for B2. The sinuosity of streams were 1,2 for the B1 and 1,4 for B2. The sediment delivery during the collected period was 9,22 and 17,95 kg for watersheds B1 and B2, respectely. The peak of flow registered in the B2 watershed was 740 m3 h-1 while in the B1 watershed was not possible register the peak flow. In spite of the experimental area present a good cover vegetable, it was identified the human activity. Although the number of vegetable species is high, it points out to succession stage. Even with the same characteristic pair watersheds can have different hydrologic behavior. / Este trabalho teve como objetivo a apresentação de uma análise a partir de experimentos conduzidos em micro-bacia para servir de suporte a futuros estudos que visem a identificação e monitoramento das causas que levam a degradação no Nordeste semi-árido brasileiro. Para isso, foi tomado como unidade duas micro-bacias localizadas no município de Iguatu-Ce, pertencentes à Escola Agrotécnica Federal de Iguatu-EAFIGT e efetuada a caracterização morfométrica, a identificação dos substratos herbáceo e arbóreo e a avaliação do transporte de sedimentos relacionado os aspectos físicos com o processo hidrológico. Considerou-se o período de experimento o primeiro semestre de 2008 (estação chuvosa). Os aspectos morfométricos obtidos foram: comprimento dos cursos e da bacia, declividade da bacia, área da bacia, fator de forma, coeficiente de compacidade, tempo de concentração, sinuosidade do curso principal, tempo médio de escoamento superficial. Para a identificação do extrato vegetal foi feito levantamento das espécies vegetais em amostragem aleatória, com três repetições para cada micro-bacia no espaçamento de 10 x 10 m. Computando todos os indivíduos de cada espécie, a partir desses dados foi obtida a densidade de indivíduos por área e estimada a população nas áreas das micro-bacias. Na avaliação do transporte de sedimentosfoi procedida a instalação de equipamentos: coletores de sedimentos em suspensão no curso dos córregos, calhas Parshall e estação hidro-meteorologica. A estação foi confeccionada na Universidade Federal do Ceará-UFC/DENA/LEMA. Foram identificadas no trabalho 23 espécies vegetais, sendo as mais abundantes Hyptis sauaviolens (L.) point (Banbural) e Hyptis sp. (Melosa) as herbáceas e arbórea arbustiva o Aspidosperma pyrifolium Mart (Pereiro). A densidade de indivíduos por unidade de área obtida foram 1,43 indivíduo/m2 e 1,18 indivíduo/m2 para as micro-bacias B1 e B2, respectivamente. As populações estimadas foram 16.395 indivíduos para B1 e 24.421 indivíduos para B2. Durante o período de estudo a temperatura do ar variou de 20 e 41 oC e a umidade relativa variou desde valores de 35% a saturação. A chuva de intensidade máxima para 5 minutos foi 140 mm h-1 em um evento de 126 mm. As áreas das micro-bacias B1 e B2 foram, respectivamente, 1,15 ha e 2,06 ha, com declividades 8,7 e 10,6%. Os córregos apresentaram-se com sinuosidade de 1,2 para a B1 e 1,4 para a B2. A produção de sedimentos em suspensão coletada para o período observado foi 9,22 e 17,95 kg. A vazão máxima para B2 foi de 740 m3 h-1, para a micro-bacia B1 não foi possível o registro da vazão máxima. Apesar da área experimental apresentar uma boa cobertura vegetal, a ação antrópica existe. O número de espécies vegetais é bem diversificado, mas aponta estagio de sucessão. Mesmo com características semelhantes bacias adjacentes podem ter respostas hidro-sedimentológicas diferentes.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The models based on spatially distributed processes describe erosion and sediment yield using a physical approach of the mechanisms. In general, these models require high quality input data, description of the landscape, insertion of the physical processes involved, among others. Thus, it is not uncommon to find models that due to some operational difficulty do not fit well in the natural processes. Therefore, the objective of this study was to understand the hydrological and sedimentological dynamics of the Arvorezinha/RS experimental catchment in order to set the constraints of mathematical modeling that generate the overestimation in modeling the suspended sediment concentration (SSC) and sediment yield (SY). The study took place in the Arvorezinha experimental catchment, located in southern Brazil, which possesses a total drainage area of 1.23km2. Along with hidrossedimentological monitoring, there was an insertion of solute analysis through dissolved silicon (Sid) and particulate during and between precipitation events. This was carried out to understand the hydrological behavior of the catchment as well as assist in flow separation. The mathematical modelling of the erosive process was done with the LISEM model for the nine events monitored with Sid. In addition, we conducted an analysis of extreme events and variables responses, especially for SY, between 2010 and 2015. The years of 2014 and 2015 were the wettest since 2010, which had around 2.500mm of rain. The events monitored with Sid led us to conclude that the sub-surface flows have the biggest contribution during the event of precipitation, especially in events that take place in autumn-winter and low-average magnitude. Furthermore, it was possible to observe the effect of dilution that occurs during the events, that is, as liquid discharge increases, the concentration of Sid reduces. This is reflected in the suspended sediment concentration, because, as the event occurs, the SSC resulting from the surface flow will be diluted in the subsurface flow. Because, according to the present study, these water movements with lower speeds have a very important role in the hydrograph (it was higher than or close to 50% of the total volume). Therefore, the modeling of the erosive process is significantly influenced by the contribution of the slow flows (subsurface and groundwater flow), given that the model simulates the quick flow (superficial). In this way, LISEM model usage in areas with lower flow speeds can be limited; consequently, a greater level of care is required when concluding on the use of the model and their capacity to represent the hidrossedimentological processes. / Os modelos baseados em processos espacialmente distribuídos descrevem a erosão e a produção de sedimentos utilizando uma abordagem física dos mecanismos. Em geral, esses modelos exigem alta qualidade nos dados de entrada, descrição da paisagem, inserção dos processos físicos envolvidos, entre outros. Assim, não é raro encontrarmos modelos que, por alguma dificuldade operacional, não se ajustem bem aos processos naturais. Dessa forma, o objetivo do estudo foi compreender a dinâmica hidrológica e sedimentológica da bacia experimental de Arvorezinha/RS, para definir os condicionantes da modelagem matemática que geram a superestimava na modelagem da concentração de sedimentos em suspensão e da produção de sedimentos (PS). O estudo ocorreu na bacia experimental de Arvorezinha, sul do Brasil, com área de drenagem de 1,23km2. Juntamente ao monitoramento hidrossedimentológico, houve a inserção da análise de solutos por meio do silício dissolvido (Sid) e particulado durante eventos e entre eventos de precipitação. O monitoramento com Sid foi realizado para compreender o comportamento hidrológico da bacia hidrográfica, bem como auxiliar na separação dos escoamentos. A modelagem matemática do processo erosivo foi realizada com o modelo LISEM para os nove eventos monitorados com Sid. Além disso, foi realizada uma análise dos eventos extremos e das variáveis respostas, principalmente a PS, entre 2010 e 2015. Os anos de 2014 e 2015 foram os mais chuvosos desde 2010, com, aproximadamente, 2.500mm ao ano. Os eventos monitorados com Sid permitiram concluir que os escoamentos subsuperficiais possuem a maior contribuição de água no hidrograma durante o evento de precipitação, principalmente em eventos que ocorrem no outono-inverno e de baixa-média magnitude. Além disso, pôde-se verificar o efeito de diluição que ocorre durante os eventos, isto é, com o aumento da descarga líquida, a concentração de Sid reduz. Isso reflete-se na concentração de sedimentos em suspensão (Css), pois, havendo o evento, a Css de origem do escoamento superficial será diluída nos escoamentos subsuperficiais, uma vez que, conforme o estudo aqui realizado, esses movimentos de água mais lentos apresentam um papel muito importante no hidrograma (foi superior ou próximo a 50% do volume total). Portanto, a modelagem do processo erosivo na bacia experimental de Arvorezinha é significativamente influenciada pela contribuição dos fluxos lentos (subsuperficial e subterrâneo), uma vez que o modelo simula o escoamento rápido (superficial). Desse modo, o uso do modelo LISEM em áreas com a presença de escoamentos de menor velocidade pode ser limitado; por isso, é necessário cuidado ao obter conclusões sobre o uso do modelo e a capacidade do mesmo em representar os processos hidrossedimentológicos.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Anthropogenic actions determine the surface condition of watersheds by altering the hydrological dynamics and sediment yields. Environmental quality indicators that use the hydrosedimentological variables and characteristics of the watersheds, considering the complexity assigned by the human-environment interaction may be more useful than the most robust model to evaluate paired watersheds. These models require exhaustive field works, becoming very demanding in terms of both cost and manpower. The overall objective of this study was to evaluate the hydrosedimentological behavior and the use of indicators to evaluate the different proportions of soil use in rural watersheds paired. The two rural watersheds, with an area of 1.445 km2 (RW 140) and 0.796 km2 (RW 80) are located in the municipality of Júlio de Castilhos, Rio Grande do Sul State, Brazil. The study period was from 2010 to 2012 and the hydrosedimentological variables monitored were rainfall, water flow, turbidity, and concentration of suspended and drag sediment. The coefficients of flow regularization and dissipation of erosive energy were also used to assess surface conditions provided by the human-environment interaction. From the results we conclude that: i) high proportions of riparian forests in watersheds minimizes the impacts of rainfall events, resulting in less runoff and greater baseflow; ii) crop areas with inadequate soil management and localized superjacent to wetlands contributed to maximize the impacts of large precipitation by increasing runoff and reducing water reserves during drought periods; iii) large rainfall events potentiate the sediment production, especially in areas with degraded riparian forest; iv) high proportions of wetlands minimizes sediment production, generating even greater runoff, and the conservation of areas surrounding watercourses with natural vegetation attenuates the sediments mobilization, reducing the risk of contamination of water courses, especially when the soil management is inappropriate. The coefficients used showed responses in agreement with the hydrosedimentological changes, demonstrating that they are effective in quantifying the hydrological and energy dissipation changes generated by the human-environment interaction in watersheds with different proportions of land use. / As ações antrópicas determinam as condições de superfície de bacias hidrográficas, alterando a dinâmica hidrológica e a produção de sedimento. Indicadores de qualidade ambiental que utilizam as variáveis hidrossedimentológicas e características das bacias, e consideram a complexidade atribuída na interação homem-meio podem ser mais uteis para avaliar bacias pareadas, do que modelos mais robustos. Esses modelos demandam exaustivos levantamentos e tornam-se de alto custo para sua utilização. O objetivo geral do presente estudo foi avaliar o comportamento hidrossedimentológico e a utilização de indicadores para avaliação das diferentes proporções de usos do solo em pequenas bacias hidrográficas rurais pareadas. As duas pequenas bacias hidrográficas com área de 1,445 km2 (PBH140) e 0,796 km2 (PBH80) estão localizadas no município de Júlio de Castilhos, Rio Grande do Sul, Brasil. O período de estudo foi de 2010 a 2012 e as variáveis hidrossedimentológicas monitoradas foram precipitação, vazão, turbidez, concentração de sedimento em suspensão e arraste de fundo. Também foram utilizados os coeficientes de regularização de vazão e de dissipação de energia erosiva para avaliar as condições de superfície proporcionadas pela interação homem-meio. Através dos resultados foi possível concluir que: i) a maior ocorrência de uso do solo com matas ciliares em bacias hidrográficas minimiza os impactos de eventos pluviométricos, resultando em menor escoamento superficial e maior escoamento de base; ii) as áreas de lavouras com manejo inadequado do solo e localizadas sobrejacentes às áreas úmidas contribuíram para maximizar os impactos de grandes precipitações aumentando o escoamento superficial e reduzindo a reserva hídrica em períodos de estiagem; iii) grandes eventos pluviométricos potencializam a produção de sedimento, principalmente em áreas com a mata ciliar degradada; iv) a maior proporção de uso do solo sob área úmida minimiza a produção de sedimentos, mesmo gerando maior escoamento superficial; e que v) a conservação das áreas que circundam os cursos d água com vegetação natural atenua o aporte de sedimentos, reduzindo os riscos de contaminação dos cursos hídricos, principalmente quando o manejo do solo da área de lavoura for inadequado. Além disso, os coeficientes utilizados apresentaram respostas condizentes às alterações hidrossedimentológicas, demonstrando que eles são eficientes em quantificar as alterações hidrológicas e de dissipação de energia geradas pela interação homem-meio em bacias hidrográficas com diferentes proporções de uso do solo.