A água é um recurso essencial a todas as formas de vida, e a forma como é explorada se reflete nos âmbitos sociais, econômicos e ambientais. A urbanização em torno de bacias hidrográficas é responsável por diversas alterações de serviços ecossistêmicos importantes. O Arroio Dilúvio, em Porto Alegre, é um importante afluente do Lago Guaíba, que por sua vez é a principal fonte hídrica de abastecimento da cidade. Ao longo da história o Arroio sofreu diversas modificações, além de intensa contaminação através da deposição de esgoto. O estudo da microbiota deste ambiente permite maior elucidação do efeito de contaminantes sobre a diversidade e manifestação de diferentes fenótipos. Leveduras são fungos unicelulares amplamente difundidos no ambiente, e estudos sugerem que há uma correlação positiva entre leveduras e ambientes aquáticos poluídos. Assim, o objetivo deste trabalho foi analisar a diversidade e a resistência à antifúngicos de leveduras isoladas de amostras de água coletadas ao longo do Arroio Dilúvio em Porto Alegre. Isolados de leveduras provenientes do Arroio Dilúvio foram submetidos a testes de suscetibilidade frente a antifúngicos através dos métodos de disco-difusão em ágar e ensaio de concentração inibitória mínima. Para a realização das técnicas moleculares, foi extraído o DNA genômico dos isolados para amplificação da região ITS1-5.8S-IT2 do rDNA utilizando os oligonucleotídeos iniciadores ITS1 e ITS4. A região ITS foi submetida a técnica de PCR-RFLP utilizando as endonucleases HinfI, HaeIII e CfoI e o perfil de restrição permitiu a construção de um dendrograma. Os ensaios de suscetibilidade mostraram alta prevalência de resistência a antifúngicos da classe dos azóis. Dezesseis isolados exibiram resistência a anfotericina B, dos quais 14 foram submetidos ao sequenciamento da região ITS. A análise das sequências permitiu a identificação de leveduras do gênero Candida, incluindo as espécies potencialmente patogênicas C. glabrata, C. parapsilosis e C. tropicalis, e do gênero Debaryomyces. A resistência a antifúngicos em leveduras do Arroio Dilúvio, reforça a importância de estudos da microbiota ambiental e indica que a degradação do ambiente influencia no fenótipo exibido. / Water is an essential resource to all forms of life, and the way it is exploited is reflected in the social, economic and environmental spheres. Urbanization around watershed is responsible for several important ecosystem service changes. In Porto Alegre, Arroio Dilúvio is an important component of Lake Guaiba, which in turn is the main water source of the city. Throughout history, Arroio Dilúvio underwent several changes, and it suffers with intense contamination by the deposition of sewage. The study of the environment's microbiota enables further elucidation of the effect of contaminants on diversity and expression of phenotypes. Yeasts are unicellular fungi widespread in the environment, and studies suggest that there is a positive correlation between yeast and polluted aquatic environments. The aim of this study was to analyze the diversity and resistance to antifungals of yeasts isolated from water samples collected along the Arroio Dilúvio in Porto Alegre. Yeast isolates from the Arroio Dilúvio were subjected to susceptibility testing against antifungals through the agar disk diffusion method and the minimum inhibitory concentration test. For the molecular techniques, the genomic DNA of the isolates was extracted with further amplification of ITS1-5.8S-IT2 using primers ITS1 and ITS4. The ITS region was subjected to PCR-RFLP using the restriction enzymes HinfI, HaeIII and CfoI and the restriction profile allowed the construction of a dendrogram. Susceptibility tests showed high prevalence of resistance to azole antifungals. Sixteen isolates exhibited resistance to amphotericin B, of which 14 were subjected to sequencing of the ITS region. The sequence analysis allowed the identification of Candida species, including the potentially pathogenic species C. glabrata, C. parapsilosis and C. tropicalis, and Debaryomyces genus. The manifestation of resistance to antifungals in yeasts isolated from Arroio Dilúvio reinforces the importance of studies of environmental microbiota and indicates that environmental degradation influences the phenotype displayed.

A bacia do Rio dos Sinos banha total ou parcialmente 32 municípios e integra uma área territorial de 3.600 km2. Ao longo do seu curso, recebe vários tipos de dejetos oriundos de esgoto pluvial, doméstico e industrial. Sendo assim,o Rio recebe uma população microbiana bastante diversificada, possibilitando a presença de micro-organismos com fenótipo de resistência a diferentes antimicrobianos e a metais pesados. O objetivo principal desse estudo foi avaliar o perfil de resistência a antimicrobianos e metais pesados de bactérias isoladas no Rio dos Sinos. Foram testados 410 micro-organismos isolados das águas do Rio nos municípios de Três Coroas, Novo Hamburgo e Esteio, nas quatro estações do ano. O ensaio de susceptibilidade foi realizado com 13 antimicrobianos. Todos os isolados foram submetidos aos ensaios de concentração inibitória mínima (CIM) de metais pesados, os metais utilizados foram cromo, cobre e níquel. Foram também realizados testes de colimetria e contagem total de heterotróficos. Os resultados apontaram para um perfil de 77,32% dos isolados resistentes a pelo menos um antimicrobiano. O antimicrobiano com maior índice de resistência foi a vancomicina com 64,15% dos isolados e o mais eficiente foi o imipenem, com apenas cinco isolados resistentes. Quanto aos ensaios com metais pesados 44,39% dos isolados foram resistentes a um MIC acima de 802,27 mg/L de níquel, 40,97% foram resistentes a MIC acima de 509,24 mg/L para cobre e 12,92% dos microorganismos foram resistentes MIC acima de 707,04 mg/L de cromo. Conforme a maioria dos resultados, as águas do Rio dos Sinos seriam classificadas como classe 3 pelas normas do CONAMA. / The Rio dos Sinos basin, covers wholly or partly 32 municipalities and a land area of 3,600 km2. Along its course, receives various types of waste arising from pluvial, domestic and industrial sewage. Hence, Rio dos Sinos receives a quite diverse microbial population, allowing for the presence of micro-organisms with resistance phenotype to different antibiotics and heavy metals. The main objective of this study was to evaluate the antimicrobial and heavy metals resistance profile of the bacteria isolated in Rio dos Sinos. 410 isolated microorganisms were tested from the municipalities of Rio Três Coroas, Esteio and Novo Hamburgo, in four seasons. The assay was performed with 13 antimicrobials. All isolates were subjected to the tests of minimum inhibitory concentration (MIC) of heavy metals, using chromium, copper and nickel. Were also held colimetries and heterotrophic bacterial count. Results showed a profile of 77.32% of the isolates were resistant to at least one antimicrobial. The antimicrobial with the highest rate of resistance was vancomycin (64.15%) and the most efficient was imipenem, with only five resistant isolates. The bacteria isolated in this study shows that 44.39% were resistant to MIC above 802.27 mg/L of nickel, 40.97% were resistant to MIC above 509.24 mg/L of copper and 12.92% microorganisms were resistant to MIC above 707.04 mg/Ll of chromium. According to most of the results, the waters of the Rio dos Sinos would be classified as Class 3 standards by CONAMA.

Conforme a legislão brasileira, a gestão das águas subterrâneas está integrada à das águas superficiais nas quais estão localizadas os aqüiferos. Entretanto, não existe uma regulamentação específica que defina critérios e métodos de avaliação da qualidade ambiental, que caracterizem de forma completa este ambiente. A restrita bibliografia especializada que trata do assunto não é conclusiva quanto a aplicação de ensaios de toxidades aquática no monitoramente de águas subterrâneas. Assim, com o bjetivo de verificar a aplicabilidade dos ensaios de toxidadee padronizados para a avaliação da qualidade de águas subterrâneas potencialmente impactadas, foram avaliadas amostras provenientes de dois diferentes tipos de aqüiferos (livre e semiconfinado) localizados em uma área industrial da Região Metropolitana de Porto ALegre, RS, Brasil. Um total de 75 amostrras distribuídas em 19 poços de monitoramento foram analisadas quanto seus valores de pH, condutividade elétrica, cloretos, hidrocarbonetos, fenóis, nitrogênio amoniacal, sólidos dissolvidos totais e metais (Cd, Pb, Cu, Cr, Mn, Zn, Hg e Hi) e quanto à toxicidade crônica com Selenastrum capricornutum, Ceriodaphia dubia e Primephales promelas. As amostras foram coletadas semestralmente, sendo que o aqüifero livre foi amostrado de janeiro de 2001 a janeiro de 2003 e o aqüifero semiconfinado de fevereiro de 2002 a janeiro de 2003. Os resultados dos parâmetros químicos avaliados foram comparados, quando possível, a diferentes concentrações tidas como valores de referência (Portaria 1469/00 do Ministério da Saúde - Potabilidade), Lista Holandesa (valores de alerta - T) e Resolução nº 20/86 so CONAMA (Classe 2). A comparação dos resultados das anállises químicas diferentes de contaminação. Os valores de nitrogênio amoniacal, condutividade, fenóis, e hidrocarbonetos totais foram signitivamente maiores no aqüifero livre quando comparado ao aqüifero semiconfinado, enquanto os metais manganês e zinco apresentaram maiores concentrações no aqüifero semiconfinado. Para os demais parâmetros não foram detectadas diferenças estatiscamente significativas. Os resultados das análises ecotoxicológicas dos poços dos poços de monitoramente do aqüifero livre e semiconfinado acompanharam as diferenças químicas encontradas para os dois aqüiferos, demonstrando diferenças na qualidade das águas subterrâneas avaliadas Observou-se claramente uma maior incidência de valores negativos (inibição de crescimento ou reprodução), para os três níveis trtóficos, para as amostrras do aqüifero livre, quando em comparação as amostrras do aqüifero semiconfinado. Diferenças também foram verificadas nas respostas dos três niveis tróficos utilizadas, observando-se uma maior freqüência de amostrras tóxicas para alga S. capricormutum. O trrabalho apresenta ainda algumas correlações significativas ( =0,05) entrer as concentrações de determinados parâmetros com as toxidades detectados, tais como toxidade para C. dubla e nitrogênio amoniacal (r=0,39) e fenóis (r=0,394), toxidade para S. capricornutum e manganês (r=0,298), condutividade (r=0,393) e cobre (r=0,388) e Toxidade para P. promelas e pH (r=0, 484). Uma possível influência da matriz do solo sobre a toxicidade apresentada para S. capricornutum também é discutida. O trabalho conclui que ensaios de toxicidade com organismos aquáticos pode aplicados no monitoramento de águas subterrâneas. Entretanto, a interpretação dos resultados e as decisões a serem tomadas devem ser mais criteriosas, considerando-se um possível efeito da matriz original do solo sobre os organismos-teste utlizados.

Os impactos sobre o meio ambiente, associados ao desenvolvimento de atividades pelo homem em uma bacia hidrográfica, estão fortemente inter-relacionados e têm, a cada dia, se tornado mais evidentes. Esta idéia motiva a concepção de uma gestão integrada dos recursos naturais em várias partes do mundo, inclusive em países em desenvolvimento como o Brasil. Modelos matemáticos de qualidade de água podem ser ferramentas úteis para a tomada de decisão no apoio à gestão de bacias hidrográficas. O planejamento e gestão dos recursos hídricos em um país de grande porte como o Brasil envolve, geralmente, bacias extensas, com um vasto conjunto de elementos naturais e antrópicos. Um modelo de qualidade de água deve permitir a representação da variabilidade espacial da região e, desta forma, a consideração de fontes difusas juntamente com fontes pontuais de poluição. O presente estudo analisou o impacto do desenvolvimento sobre a qualidade da água em uma bacia de grande extensão (bacia do rio Taquari-Antas, RS, com 26.500 km2), considerando a alternativa de aproveitamento hidrelétrico definida no inventário da bacia. Utilizou-se um modelo distribuído de simulação hidrológica e de qualidade de água aplicável principalmente a grandes bacias ( > 1.000 km2), o IPH-MGBq. Este modelo, desenvolvido no IPH, foi ajustado aos dados diários observados de vazão, no seu módulo de quantidade, e de concentração de OD, DBO, nitrogênio e fósforo totais e coliformes fecais, obtidos de coletas trimestrais, no módulo de qualidade. O modelo permite a análise temporal das condições hidrológicas e de qualidade da água de toda a bacia, discretizada por células, com trechos de rios e reservatórios. O modelo apresentou bom desempenho quanto à quantidade (vazões) e quanto aos perfis de concentração dos parâmetros de qualidade de água ao longo do Taquari- Antas, principalmente em termos de valores médios. Foi realizada uma análise de incertezas de alguns parâmetros e variáveis de entrada do modelo com relação à inerente incerteza existente na definição destes elementos. Esta metodologia demonstrou ser uma alternativa adequada à aplicação de modelos distribuídos de qualidade de água em bacias sem dados, sendo que os erros cometidos pelo modelo, em relação aos valores de concentração observados, foram aceitáveis para uma confiança de 95%. A simulação de alguns cenários de desenvolvimento na bacia do Taquari-Antas evidenciou a importância da avaliação conjunta de todos os elementos da bacia (fontes pontuais e difusas de poluição e da implantação de reservatórios) sobre a qualidade de suas águas. O IPH-MGBq mostrou ser uma ferramenta útil para a simulação de cenários de desenvolvimento em grandes bacias como base para a tomada de decisão na gestão dos recursos hídricos.

O estado dos recursos hídricos da bacia do rio Gramame, localizada no litoral sul do Estado da Paraíba, tem se revelado insustentável, principalmente nesses últimos anos. Tanto a escassez quantitativa quanto a qualitativa inserem-se no contexto da bacia, tornando frreqüentes os conflitos entre os principais usuários de água (abastecimento urbano, indústrias e irrigantes). Em virtude disso, surge a necessidade de implementação de um sistema de outorga na bacia, para uma alocação eficiente das disponibidades hídricas. Neste trabalho, foram abordados os principais problemas para essa implementação: (a) a definição da vazão m[axima outorgável; e (iii) a intrtodução dos aspectos qualitativos da água. Par ao primeiro problema, foram estabelecidos e avaliados como passíveis de emprego na bacia os seguintes critérios de outorga: (a) vazão excedente; (b) garantia de suprimento; (c) vazão de referência com probabilidade de superação de 90% (Q90); (d) 2 vazões de referência Q90 para as estações seca e chuviosa e (e) 12 vazões de referência Q90 referentes a cada mês do ano. No tocante à qualidade da água no processo de outorga, foi verificada a sensibilidade do sistema hídrico e suas demandas à consideração dos poluentes lançados nos cursos dágua da bacia como demanda para diluição da concentração de Demanda Bioquímica de Oxigênio (DBO). ALém disso, foi abordado, de forma simplificada, o processo de autodepuração da DBO, através de coeficientes de depuração, visando avaliar a relevância das vazões liberadas para novoo usos nas seções à jusante dos deesejos de efluentes. Através da comparação dos parâmetros de desempenho (garantia volumétrica, garantia temporal, garantia crítica temporal, garantia volumétrica mensal mínima, resiliência e vulnerabilidade) obtidos da simulação de cada cenário da bacia, de ocorrência em curto prazo, foram avaliados os critérios de outorga e a introdução da qualidade da água. Priorizando o atendimento das demandas para abastecimento urbano, em ordem crescente de redução do suprimento das demandas existentes na bacia, os critérios de determinação da vazão máxima outorgável puderam ser ordenados como: vazão excendente, vazões de referência mensais, vazões de referência das estações seca e chuvosa, vazão de referência única e garantia de suprimento. Quanto à consideração das demandas para diluição de despejos, verificou-se que, de modo geral, estas poucos reduziram o suprimento das demandas já instaladas na bacia e também não foram significativas as vazões liberadas pela autodepuração a ponto de melhorar o atendimento das seções por ela afetadas. Entretanto, excetuando a demanda para diluição dos efluentes domésticos do município do Conde, foi verificada a inviabilidade de suprimento dos atuais lançamentos de efluentes na bacia, cujo percentual de atendimento não atingiu 50% do volume requerido.

O uso de índices vem ganhando cada vez mais relevância em diversos segmentos das atividades humanas fazendo crescer a necessidade de adequá-los aos usos pretendidos, para sintetizarem e indicarem as características e situações essenciais ao planejamento e tomada de decisões. Um dos índices mais utilizados na área de recursos hídricos foi, e continua sendo, o IQA da NSF (Índice de qualidade da água da National Sanitation Foundation), criado nos Estados Unidos e adotado pela CETESB (Companhia Ambiental do Estado de São Paulo) e pela ANA (Agência Nacional de Águas) no Brasil. No entanto, a metodologia por trás do mesmo vem necessitando ser adequada às condições brasileiras. Como forma de avaliar a adequabilidade deste IQA a uma situação específica, além da verificação da necessidade de novas alterações, nesta tese foram escolhidos ambientes com características que possibilitassem a obtenção de dados e que fossem favoráveis a percepção de diferentes situações de qualidade da água em ambientes brasileiros. Estes ambientes incluem águas com boa qualidade, situações intermediárias e com qualidade ruim, principalmente devido à poluição por lançamentos de esgotos sanitários. O objetivo do presente trabalho foi adequar o IQA NSF-CETESB (que é uma versão já adaptada do IQA NSF), com base em estudos limnológicos focados, principalmente nos reservatórios do Sistema Salto de Hidrelétricas (RS), rios a jusante, e complementados por dados de outros ambientes, como o lago Guaíba (RS) e rios e reservatórios do Estado de São Paulo. Dentro do estudo limnológico do Sistema Salto foi possível observar que os reservatórios apresentaram, em geral, água de boa qualidade com alta transparência, teores de nutrientes característicos de ambientes oligotróficos e baixas concentrações de coliformes termotolerantes (fecais). Nos rios de jusante destes, houve uma tendência, em praticamente todos os períodos estudados, de elevação dos valores no sentido de montante a jusante. Este aumento ocorreu especialmente na turbidez e nos coliformes, no caso destes últimos, ultrapassando dezenas de vezes o determinado na resolução CONAMA 357/2005, para águas de classe 3, a menos restritiva para águas destinadas ao tratamento para consumo humano. A análise da aplicação do IQA NSF-CETESB permitiu verificar que este índice de qualidade da água foi pouco restritivo, pois mostrou qualidade boa ou regular para ambientes com qualidade comprovadamente comprometida por despejos de efluentes sanitários. Isto ocorreu pricipalmente em função do significado dos coliformes termotolerantes na composição final do referido índice. Outro fator de baixa restritividade verificado no IQA NSF-CETESB foi o fósforo total, em função de suas concentrações praticamente não terem influenciado no resultado do IQA, ou seja, o referido índice apresentou uma sensibilidade muito baixa às concentrações de fósforo total. A nova adequação do IQA, produzida pelo presente trabalho, e denominada IQA NSF-COLI 25, trouxe como resultado: (1) as alterações dadas pelas novas curvas de sub-índices de coliformes termotolerantes e fósforo total; (2) alterações pela incorporação de uma curva de sub-índices de clorofila-a e; (3) alterações pela revisão dos pesos concedidos, em função da atual importância de cada uma das variáveis componentes do índice. Desta forma, trouxe um avanço a síntese de resultados por IQAs. Estes avanços foram constatados pela verificação do aumento das correlações dos resultados de classificação da qualidade da água (que cresceram de 73 à 85 porcento) por IQA e pela Resolução Conoma 357/2005. / The use of indices is increasingly relevant in various segments of human activities, requiring further adaptations to the intended uses, in order to synthetize and indicate the characteristics and situations essential to planning and decision making. One of the most widely used indices in water resources was, and still is, the WQI of the National Sanitation Foundation, created in the United States and adopted by CETESB (Environmental Company of the State of São Paulo) and by ANA (National Water Agency) in Brazil. However, the methodology behind it must be further adapted to Brazilian conditions. As a way of assessing the suitability of this WQI to a specific situation, besides verifying the need for new changes, in this thesis environments were chosen with characteristics that would enable obtaining data and be favorable to the perception of different water quality situations. These environments include good quality water, intermediate situations and bad quality, mainly due to pollution by the discharge of sanitary sewage. The essential objective of this work was to adapt the WQI NSF-CETESB (which is an already adapted version of WQI NSF) based on focused limnological studies, especially in the reservoirs of the Sistema Salto de Hidrelétricas (Salto Hydropower Plants System) (RS), rivers downstream and, complemented by data from other environments, such as the Guaiba Lake (RS) and rivers and reservoirs in the State of São Paulo. In the limnological study of the Salto System, it could be seen that the reservoirs generally present good quality, highly transparent water, with nutrient contents characteristic of oligotrophic environments, and low concentrations of thermotolerant (fecal) coliforms. In the rivers downstream from them, there was a tendency, in practically all the periods studied, for a rise in values from upstream to downstream. This increase occurred especially in turbidity and coliforms. In the case of the latter, they often surpassed dozens of times what was determined in Conama Resolution 357/2005 for class 3 waters, the least restrictive for water to be treated for human consumption. The analysis of the application of WQI NSF-CETESB allowed verifying that this water quality index was not very restrictive, since it showed good or fair quality for environments that had been proven to be compromised by sanitary effluent discharges. This occurred mainly because of the significance of the thermotolerant coliforms in the final composition of the aforementioned index. Another factor of low restrictiveness found in WQI NSF-CETESB was the local phosphorus, because its concentrations practically did not influence the results of the WQI, ie, the aforementioned index presented a very low sensitivity to the concentrations of total phosphorus. The new adaptation of WQI produced by this work, and called WQI NSF-COLI 25, had the following result: (1) changes given by the new curves of subindices of thermotolerant coliforms and total phosphorus; (2) changes due to the incorporation of a curve of subindices of chlorophyll-a, and; (3) changes due to the review of the weights given, because of the current importance of each of the variables which are components of the index. In this way, the synthesis of results by WQIs brought an advance. These advances were found by looking at the increased correlations of the results of water quality classification by WQI and by Conama Resolution 357/2005, which grew from 73 to 85 percent.

A modelagem matemática é uma valiosa ferramenta para avaliação de alterações da qualidade da água causadas por descargas diversas. Para a simulação de bacias hidrográficas a integração com sistemas de informações geográficas (SIG) é muito útil para a descrição detalhada e automatizada da região de interesse, e para a interpretação dos resultados. Neste contexto de desenvolvimento de soluções integradas que o presente trabalho tem como objetivo contribuir para a melhoria no gerenciamento da qualidade da água em bacias hidrográficas, onde é apresentado o desenvolvimento de um modelo acoplado com SIG, aplicável para condições de baixa disponibilidade de dados, denominado SIAQUA-IPH. Adotou-se para o modelo a utilização de soluções analíticas da equação de advecção-dispersão para simular o impacto de lançamentos com duração variável em cursos de água, incluindo lançamentos instantâneos, ou de duração curta. No modelo é adotado um esquema de convolução dos polutogramas para a representação de lançamentos múltiplos e de confluências existentes na bacia. Ainda, para a simulação de constituintes comumente encontrados em esgotos (DBO, OD, N, P e Coliformes) foi adotada a utilização de soluções conhecidas, como a equação de Streeter-Phelps. Soluções analíticas foram priorizadas visando diminuir restrições relacionadas à capacidade computacional, tempo de simulação e outros erros numéricos. A topologia adotada na concepção do modelo consiste na subdivisão da bacia hidrográfica em pequenos trechos de rio, que pode ser obtida automaticamente através de ferramentas de geoprocessamento, o que caracteriza o primeiro fator de integração com SIG desenvolvida. Esta é a mesma topologia utilizada pelo modelo MGB-IPH, por isto os resultados do modelo hidrológico podem ser utilizados diretamente pelo modelo de qualidade. Como segundo fator de integração com SIG, o SIAQUA-IPH foi desenvolvido plenamente acoplado à plataforma MapWindow GIS®, de uso livre, onde o SIG é a forma como o usuário interage com o modelo, inserido os dados de entrada e visualizando os resultados. Para a calibração do SIAQUA-IPH adotou-se a possibilidade do uso do algoritmo de calibração automática SIMPLEX de Nelder-Mead. Para o cálculo do coeficiente de dispersão longitudinal foi adotado o uso de formulações práticas, selecionadas a partir de uma matriz de seleção desenvolvida. Testes hipotéticos de funcionamento do modelo nas bacias do rio Ijuí (RS) e do rio São Francisco (MG) evidenciaram um desempenho pleno de todas as soluções adotadas. Em um terceiro ensaio de representação de dados de traçadores, obtidos de Rigo (1992), foram obtidos resultados satisfatórios em que as diferenças computadas servem de referência para usuários sobre as incertezas dos métodos utilizados. Espera-se que as soluções adotadas no desenvolvimento do SIAQUA-IPH sirvam para várias aplicações, incluindo estudos prévios de impacto, avaliações posteriores de despejos ocorridos, e até suporte à decisão em tempo real, como no caso de derramamentos acidentais. / Mathematical modeling is a valuable tool to assess water quality changes produced by different kinds of discharges. For watershed simulations, the coupling with Geographic Information Systems (GIS) is very useful for automated and detailed description of the studied region and for helping results interpretation. On this context of integrated solutions development that this research aims to contribute for river basins water quality management improving, where is exposed the development of a model coupled with GIS and applicable to low data availability conditions, called SIAQUA-IPH. In the model was adopted the use of advection-dispersion equation analytical solutions to simulate the impacts of various duration discharges into rivers. A polutograph convolution scheme is adopted for representing multiple spills and confluences in the basin. For constituents commonly found in sewage simulation (BOD, OD, N, P and Coliforms) the model also allows the use of classical solutions, such as the Streeter-Phelps equation. The model is designed to use primarily analytical solutions aiming to reduce constraints related to computational capacity, simulation time and others numerical issues. The topology adopted in the model consists in the hydrography discretization into small river reaches, which can be obtained automatically through geoprocessing tools, which is the primary factor of developed GIS coupling. Also, as this is the same topology used by the MGB-IPH model, the hydrological model results can be used directly by the water quality model. As a second GIS integration factor, SIAQUA-IPH was developed fully coupled to MapWindow GIS ® platform, free distributed, where the GIS is the way the user interacts with the model, enters the input information and access results. Calibration of SIAQUA-IPH can be performed through Nelder-Mead SIMPLEX automatic calibration algorithm. For the longitudinal dispersion coefficients estimation was adopted the use of empirical formulations, selected through a selection matrix developed. Tests of hypothetical releases in the Ijuí (RS) and in the São Francisco (MG) river basins were carried out, which showed a full performance of all the adopted solutions. Also, a tracer data representation test was conducted using data showed by Rigo (1992) in the Paraíba do Sul River (RJ), where obtained results were considered satisfactory and computed differences can be used as a guide for uncertainty of the adopted methods. It is expected that the SIAQUA-IPH serves for various applications, including prior studies of pollutants releases, later evaluations of discharges and to support real-time decision in case of accidental spills.

O uso de índices vem ganhando cada vez mais relevância em diversos segmentos das atividades humanas fazendo crescer a necessidade de adequá-los aos usos pretendidos, para sintetizarem e indicarem as características e situações essenciais ao planejamento e tomada de decisões. Um dos índices mais utilizados na área de recursos hídricos foi, e continua sendo, o IQA da NSF (Índice de qualidade da água da National Sanitation Foundation), criado nos Estados Unidos e adotado pela CETESB (Companhia Ambiental do Estado de São Paulo) e pela ANA (Agência Nacional de Águas) no Brasil. No entanto, a metodologia por trás do mesmo vem necessitando ser adequada às condições brasileiras. Como forma de avaliar a adequabilidade deste IQA a uma situação específica, além da verificação da necessidade de novas alterações, nesta tese foram escolhidos ambientes com características que possibilitassem a obtenção de dados e que fossem favoráveis a percepção de diferentes situações de qualidade da água em ambientes brasileiros. Estes ambientes incluem águas com boa qualidade, situações intermediárias e com qualidade ruim, principalmente devido à poluição por lançamentos de esgotos sanitários. O objetivo do presente trabalho foi adequar o IQA NSF-CETESB (que é uma versão já adaptada do IQA NSF), com base em estudos limnológicos focados, principalmente nos reservatórios do Sistema Salto de Hidrelétricas (RS), rios a jusante, e complementados por dados de outros ambientes, como o lago Guaíba (RS) e rios e reservatórios do Estado de São Paulo. Dentro do estudo limnológico do Sistema Salto foi possível observar que os reservatórios apresentaram, em geral, água de boa qualidade com alta transparência, teores de nutrientes característicos de ambientes oligotróficos e baixas concentrações de coliformes termotolerantes (fecais). Nos rios de jusante destes, houve uma tendência, em praticamente todos os períodos estudados, de elevação dos valores no sentido de montante a jusante. Este aumento ocorreu especialmente na turbidez e nos coliformes, no caso destes últimos, ultrapassando dezenas de vezes o determinado na resolução CONAMA 357/2005, para águas de classe 3, a menos restritiva para águas destinadas ao tratamento para consumo humano. A análise da aplicação do IQA NSF-CETESB permitiu verificar que este índice de qualidade da água foi pouco restritivo, pois mostrou qualidade boa ou regular para ambientes com qualidade comprovadamente comprometida por despejos de efluentes sanitários. Isto ocorreu pricipalmente em função do significado dos coliformes termotolerantes na composição final do referido índice. Outro fator de baixa restritividade verificado no IQA NSF-CETESB foi o fósforo total, em função de suas concentrações praticamente não terem influenciado no resultado do IQA, ou seja, o referido índice apresentou uma sensibilidade muito baixa às concentrações de fósforo total. A nova adequação do IQA, produzida pelo presente trabalho, e denominada IQA NSF-COLI 25, trouxe como resultado: (1) as alterações dadas pelas novas curvas de sub-índices de coliformes termotolerantes e fósforo total; (2) alterações pela incorporação de uma curva de sub-índices de clorofila-a e; (3) alterações pela revisão dos pesos concedidos, em função da atual importância de cada uma das variáveis componentes do índice. Desta forma, trouxe um avanço a síntese de resultados por IQAs. Estes avanços foram constatados pela verificação do aumento das correlações dos resultados de classificação da qualidade da água (que cresceram de 73 à 85 porcento) por IQA e pela Resolução Conoma 357/2005. / The use of indices is increasingly relevant in various segments of human activities, requiring further adaptations to the intended uses, in order to synthetize and indicate the characteristics and situations essential to planning and decision making. One of the most widely used indices in water resources was, and still is, the WQI of the National Sanitation Foundation, created in the United States and adopted by CETESB (Environmental Company of the State of São Paulo) and by ANA (National Water Agency) in Brazil. However, the methodology behind it must be further adapted to Brazilian conditions. As a way of assessing the suitability of this WQI to a specific situation, besides verifying the need for new changes, in this thesis environments were chosen with characteristics that would enable obtaining data and be favorable to the perception of different water quality situations. These environments include good quality water, intermediate situations and bad quality, mainly due to pollution by the discharge of sanitary sewage. The essential objective of this work was to adapt the WQI NSF-CETESB (which is an already adapted version of WQI NSF) based on focused limnological studies, especially in the reservoirs of the Sistema Salto de Hidrelétricas (Salto Hydropower Plants System) (RS), rivers downstream and, complemented by data from other environments, such as the Guaiba Lake (RS) and rivers and reservoirs in the State of São Paulo. In the limnological study of the Salto System, it could be seen that the reservoirs generally present good quality, highly transparent water, with nutrient contents characteristic of oligotrophic environments, and low concentrations of thermotolerant (fecal) coliforms. In the rivers downstream from them, there was a tendency, in practically all the periods studied, for a rise in values from upstream to downstream. This increase occurred especially in turbidity and coliforms. In the case of the latter, they often surpassed dozens of times what was determined in Conama Resolution 357/2005 for class 3 waters, the least restrictive for water to be treated for human consumption. The analysis of the application of WQI NSF-CETESB allowed verifying that this water quality index was not very restrictive, since it showed good or fair quality for environments that had been proven to be compromised by sanitary effluent discharges. This occurred mainly because of the significance of the thermotolerant coliforms in the final composition of the aforementioned index. Another factor of low restrictiveness found in WQI NSF-CETESB was the local phosphorus, because its concentrations practically did not influence the results of the WQI, ie, the aforementioned index presented a very low sensitivity to the concentrations of total phosphorus. The new adaptation of WQI produced by this work, and called WQI NSF-COLI 25, had the following result: (1) changes given by the new curves of subindices of thermotolerant coliforms and total phosphorus; (2) changes due to the incorporation of a curve of subindices of chlorophyll-a, and; (3) changes due to the review of the weights given, because of the current importance of each of the variables which are components of the index. In this way, the synthesis of results by WQIs brought an advance. These advances were found by looking at the increased correlations of the results of water quality classification by WQI and by Conama Resolution 357/2005, which grew from 73 to 85 percent.

A modelagem matemática é uma valiosa ferramenta para avaliação de alterações da qualidade da água causadas por descargas diversas. Para a simulação de bacias hidrográficas a integração com sistemas de informações geográficas (SIG) é muito útil para a descrição detalhada e automatizada da região de interesse, e para a interpretação dos resultados. Neste contexto de desenvolvimento de soluções integradas que o presente trabalho tem como objetivo contribuir para a melhoria no gerenciamento da qualidade da água em bacias hidrográficas, onde é apresentado o desenvolvimento de um modelo acoplado com SIG, aplicável para condições de baixa disponibilidade de dados, denominado SIAQUA-IPH. Adotou-se para o modelo a utilização de soluções analíticas da equação de advecção-dispersão para simular o impacto de lançamentos com duração variável em cursos de água, incluindo lançamentos instantâneos, ou de duração curta. No modelo é adotado um esquema de convolução dos polutogramas para a representação de lançamentos múltiplos e de confluências existentes na bacia. Ainda, para a simulação de constituintes comumente encontrados em esgotos (DBO, OD, N, P e Coliformes) foi adotada a utilização de soluções conhecidas, como a equação de Streeter-Phelps. Soluções analíticas foram priorizadas visando diminuir restrições relacionadas à capacidade computacional, tempo de simulação e outros erros numéricos. A topologia adotada na concepção do modelo consiste na subdivisão da bacia hidrográfica em pequenos trechos de rio, que pode ser obtida automaticamente através de ferramentas de geoprocessamento, o que caracteriza o primeiro fator de integração com SIG desenvolvida. Esta é a mesma topologia utilizada pelo modelo MGB-IPH, por isto os resultados do modelo hidrológico podem ser utilizados diretamente pelo modelo de qualidade. Como segundo fator de integração com SIG, o SIAQUA-IPH foi desenvolvido plenamente acoplado à plataforma MapWindow GIS®, de uso livre, onde o SIG é a forma como o usuário interage com o modelo, inserido os dados de entrada e visualizando os resultados. Para a calibração do SIAQUA-IPH adotou-se a possibilidade do uso do algoritmo de calibração automática SIMPLEX de Nelder-Mead. Para o cálculo do coeficiente de dispersão longitudinal foi adotado o uso de formulações práticas, selecionadas a partir de uma matriz de seleção desenvolvida. Testes hipotéticos de funcionamento do modelo nas bacias do rio Ijuí (RS) e do rio São Francisco (MG) evidenciaram um desempenho pleno de todas as soluções adotadas. Em um terceiro ensaio de representação de dados de traçadores, obtidos de Rigo (1992), foram obtidos resultados satisfatórios em que as diferenças computadas servem de referência para usuários sobre as incertezas dos métodos utilizados. Espera-se que as soluções adotadas no desenvolvimento do SIAQUA-IPH sirvam para várias aplicações, incluindo estudos prévios de impacto, avaliações posteriores de despejos ocorridos, e até suporte à decisão em tempo real, como no caso de derramamentos acidentais. / Mathematical modeling is a valuable tool to assess water quality changes produced by different kinds of discharges. For watershed simulations, the coupling with Geographic Information Systems (GIS) is very useful for automated and detailed description of the studied region and for helping results interpretation. On this context of integrated solutions development that this research aims to contribute for river basins water quality management improving, where is exposed the development of a model coupled with GIS and applicable to low data availability conditions, called SIAQUA-IPH. In the model was adopted the use of advection-dispersion equation analytical solutions to simulate the impacts of various duration discharges into rivers. A polutograph convolution scheme is adopted for representing multiple spills and confluences in the basin. For constituents commonly found in sewage simulation (BOD, OD, N, P and Coliforms) the model also allows the use of classical solutions, such as the Streeter-Phelps equation. The model is designed to use primarily analytical solutions aiming to reduce constraints related to computational capacity, simulation time and others numerical issues. The topology adopted in the model consists in the hydrography discretization into small river reaches, which can be obtained automatically through geoprocessing tools, which is the primary factor of developed GIS coupling. Also, as this is the same topology used by the MGB-IPH model, the hydrological model results can be used directly by the water quality model. As a second GIS integration factor, SIAQUA-IPH was developed fully coupled to MapWindow GIS ® platform, free distributed, where the GIS is the way the user interacts with the model, enters the input information and access results. Calibration of SIAQUA-IPH can be performed through Nelder-Mead SIMPLEX automatic calibration algorithm. For the longitudinal dispersion coefficients estimation was adopted the use of empirical formulations, selected through a selection matrix developed. Tests of hypothetical releases in the Ijuí (RS) and in the São Francisco (MG) river basins were carried out, which showed a full performance of all the adopted solutions. Also, a tracer data representation test was conducted using data showed by Rigo (1992) in the Paraíba do Sul River (RJ), where obtained results were considered satisfactory and computed differences can be used as a guide for uncertainty of the adopted methods. It is expected that the SIAQUA-IPH serves for various applications, including prior studies of pollutants releases, later evaluations of discharges and to support real-time decision in case of accidental spills.

O uso de índices vem ganhando cada vez mais relevância em diversos segmentos das atividades humanas fazendo crescer a necessidade de adequá-los aos usos pretendidos, para sintetizarem e indicarem as características e situações essenciais ao planejamento e tomada de decisões. Um dos índices mais utilizados na área de recursos hídricos foi, e continua sendo, o IQA da NSF (Índice de qualidade da água da National Sanitation Foundation), criado nos Estados Unidos e adotado pela CETESB (Companhia Ambiental do Estado de São Paulo) e pela ANA (Agência Nacional de Águas) no Brasil. No entanto, a metodologia por trás do mesmo vem necessitando ser adequada às condições brasileiras. Como forma de avaliar a adequabilidade deste IQA a uma situação específica, além da verificação da necessidade de novas alterações, nesta tese foram escolhidos ambientes com características que possibilitassem a obtenção de dados e que fossem favoráveis a percepção de diferentes situações de qualidade da água em ambientes brasileiros. Estes ambientes incluem águas com boa qualidade, situações intermediárias e com qualidade ruim, principalmente devido à poluição por lançamentos de esgotos sanitários. O objetivo do presente trabalho foi adequar o IQA NSF-CETESB (que é uma versão já adaptada do IQA NSF), com base em estudos limnológicos focados, principalmente nos reservatórios do Sistema Salto de Hidrelétricas (RS), rios a jusante, e complementados por dados de outros ambientes, como o lago Guaíba (RS) e rios e reservatórios do Estado de São Paulo. Dentro do estudo limnológico do Sistema Salto foi possível observar que os reservatórios apresentaram, em geral, água de boa qualidade com alta transparência, teores de nutrientes característicos de ambientes oligotróficos e baixas concentrações de coliformes termotolerantes (fecais). Nos rios de jusante destes, houve uma tendência, em praticamente todos os períodos estudados, de elevação dos valores no sentido de montante a jusante. Este aumento ocorreu especialmente na turbidez e nos coliformes, no caso destes últimos, ultrapassando dezenas de vezes o determinado na resolução CONAMA 357/2005, para águas de classe 3, a menos restritiva para águas destinadas ao tratamento para consumo humano. A análise da aplicação do IQA NSF-CETESB permitiu verificar que este índice de qualidade da água foi pouco restritivo, pois mostrou qualidade boa ou regular para ambientes com qualidade comprovadamente comprometida por despejos de efluentes sanitários. Isto ocorreu pricipalmente em função do significado dos coliformes termotolerantes na composição final do referido índice. Outro fator de baixa restritividade verificado no IQA NSF-CETESB foi o fósforo total, em função de suas concentrações praticamente não terem influenciado no resultado do IQA, ou seja, o referido índice apresentou uma sensibilidade muito baixa às concentrações de fósforo total. A nova adequação do IQA, produzida pelo presente trabalho, e denominada IQA NSF-COLI 25, trouxe como resultado: (1) as alterações dadas pelas novas curvas de sub-índices de coliformes termotolerantes e fósforo total; (2) alterações pela incorporação de uma curva de sub-índices de clorofila-a e; (3) alterações pela revisão dos pesos concedidos, em função da atual importância de cada uma das variáveis componentes do índice. Desta forma, trouxe um avanço a síntese de resultados por IQAs. Estes avanços foram constatados pela verificação do aumento das correlações dos resultados de classificação da qualidade da água (que cresceram de 73 à 85 porcento) por IQA e pela Resolução Conoma 357/2005. / The use of indices is increasingly relevant in various segments of human activities, requiring further adaptations to the intended uses, in order to synthetize and indicate the characteristics and situations essential to planning and decision making. One of the most widely used indices in water resources was, and still is, the WQI of the National Sanitation Foundation, created in the United States and adopted by CETESB (Environmental Company of the State of São Paulo) and by ANA (National Water Agency) in Brazil. However, the methodology behind it must be further adapted to Brazilian conditions. As a way of assessing the suitability of this WQI to a specific situation, besides verifying the need for new changes, in this thesis environments were chosen with characteristics that would enable obtaining data and be favorable to the perception of different water quality situations. These environments include good quality water, intermediate situations and bad quality, mainly due to pollution by the discharge of sanitary sewage. The essential objective of this work was to adapt the WQI NSF-CETESB (which is an already adapted version of WQI NSF) based on focused limnological studies, especially in the reservoirs of the Sistema Salto de Hidrelétricas (Salto Hydropower Plants System) (RS), rivers downstream and, complemented by data from other environments, such as the Guaiba Lake (RS) and rivers and reservoirs in the State of São Paulo. In the limnological study of the Salto System, it could be seen that the reservoirs generally present good quality, highly transparent water, with nutrient contents characteristic of oligotrophic environments, and low concentrations of thermotolerant (fecal) coliforms. In the rivers downstream from them, there was a tendency, in practically all the periods studied, for a rise in values from upstream to downstream. This increase occurred especially in turbidity and coliforms. In the case of the latter, they often surpassed dozens of times what was determined in Conama Resolution 357/2005 for class 3 waters, the least restrictive for water to be treated for human consumption. The analysis of the application of WQI NSF-CETESB allowed verifying that this water quality index was not very restrictive, since it showed good or fair quality for environments that had been proven to be compromised by sanitary effluent discharges. This occurred mainly because of the significance of the thermotolerant coliforms in the final composition of the aforementioned index. Another factor of low restrictiveness found in WQI NSF-CETESB was the local phosphorus, because its concentrations practically did not influence the results of the WQI, ie, the aforementioned index presented a very low sensitivity to the concentrations of total phosphorus. The new adaptation of WQI produced by this work, and called WQI NSF-COLI 25, had the following result: (1) changes given by the new curves of subindices of thermotolerant coliforms and total phosphorus; (2) changes due to the incorporation of a curve of subindices of chlorophyll-a, and; (3) changes due to the review of the weights given, because of the current importance of each of the variables which are components of the index. In this way, the synthesis of results by WQIs brought an advance. These advances were found by looking at the increased correlations of the results of water quality classification by WQI and by Conama Resolution 357/2005, which grew from 73 to 85 percent.