Regiões onde existem atividades portuárias estão mais susceptíveis à contaminação por hidrocarbonetos devido ao trânsito de embarcações e as operações de carga/descarga e, consequentemente, estão mais vulneráveis a sofrer impactos ambientais. Este trabalho avaliou a composição, distribuição e origem de hidrocarbonetos em oito regiões portuárias da costa sudeste brasileira: Santos-SP, São Sebastião-SP, Angra dos Reis-RJ, Itaguaí-RJ, Rio de Janeiro-RJ, Arraial do Cabo-RJ, Macaé-RJ e Vitória-ES. Foram coletadas amostras de sedimentos marinhos superficiais (02 cm) em duas campanhas (2009 e 2010). Para a análise dos hidrocarbonetos alifáticos e dos hidrocarbonetos policíclicos aromáticos (HPAs) foram utilizadas cromatografia em fase gasosa com detector de ionização de chama e cromatografia em fase gasosa acoplada à espectrometria de massas, respectivamente. As concentrações médias e os desvios-padrão do Total de nalcanos (μg g-1), Total de Alifáticos (μg g-1), HPAs Totais (ng g-1) e 16 HPAs prioritários (ng g-1) encontrados foram 6,55 4,52, 123,16 86,12, 1470,24 958,41 e 653,93 482,81 na região do porto de Santos-SP; 2,69 1,16, 35,29 15,22, 756,25 350,28 e 142,35 142,35 na região do porto de São Sebastião-SP; 3,11 2,34, 56,99 78,39, 777,62 821,32 e 82,33 84,62 na região do porto de Angra dos Reis-RJ; 5,58 3,28, 26,55 12,19, 1221,15 1070,87 e 92,28 93,14 na região do porto de Itaguaí-RJ; 5,09 2,03, 179,22 108,16, 3547,27 3081,18 e 1879,05 1792,69 na região do porto do Rio de Janeiro; 1,63 2,15, 51,54 39,50, 366,26 222,89 e 194,83 141,65 na região do porto de Arraial do Cabo-RJ; 3,92 2,69, 50,42 81,30, 643,97 637,61 e 182,46 265,87 na região do porto de Macaé-RJ; e 4,78 4,05, 45,31 32,84, 868,78 874,56 e 258,84 142,89 na região do porto de Vitória-ES, respectivamente. O nível de contaminação por hidrocarbonetos nas regiões estudadas variou de baixo a muito alto, mostrando que estes níveis não são diretamente compatíveis com o tamanho e o desenvolvimento urbano em torno de cada porto. Para a avaliação das fontes de contaminação foram usadas razões diagnósticas selecionadas da literatura. A mistura de fontes (pirolítica e petrogênica) foi considerada predominante na maioria das áreas, indicando a influência das atividades dos portos e dos aportes de entradas de contaminação por vias urbanas, industriais e atmosféricas. / Regions where there are port activities are more susceptible to contamination by hydrocarbons due to transit of vessels and loading/unloading operations and, consequently, are more vulnerable to environmental impacts. This study evaluated the composition, distribution, and origin of hydrocarbons in eight ports in Southeastern Brazilian coast: Santos-SP, São Sebastião-SP, Angra dos Reis-RJ, Itaguaí-RJ, Rio de Janeiro-RJ, Arraial do Cabo-RJ, Macaé-RJ and Vitória-ES. Samples were collected from shallow marine sediments (0-2) in two years (2009 and 2010). Gas chromatography with flame ionization detector and gas chromatography coupled to mass espectrometria were respectively used to analyze the aliphatic hydrocarbons and polycyclic aromatic hydrocarbons (HPAs) Average concentration and standard deviations of n-alkanes (μg g-1), Total Aliphatic (μg g-1), 16 priority HPAs (ng g-1) and Total HPAs (ng g-1) were 6.55 4.52, 123.16 86.12, 1470.24 958.41 and 653.93 482.81 in the region of Santos; 2.69 1.16, 35.29 15.22, 756.25 350.28 and 142.35 142.35 in the region São Sebastião; 3,11 2,34, 56,99 78,39, 777,62 821,32 and 82,33 84,62 in the region of Angra dos Reis; 5,58 3,28, 26,55 12,19, 1221,15 1070,87 and 92,28 93,14 in the region of Itaguaí; 5,09 2,03, 179,22 108,16, 3547,27 3081,18 and 1879,05 1792,69 in the region of Rio de Janeiro; 1.63 2.15, 51.54 39.50, 366.26 222.89 and 194.83 141.65 in the region of Arraial do Cabo; 3.92 2.69, 50.42 81.30, 643.97 637.61 and 182.46 265.87 in the region of Macae; and 4,78 4,05, 45,31 32,84, 868,78 874,56 and 258,84 142,89 in the region of Vitória, respectively. Contamination by oil in those studied regions was variable and could not be straightly related to the size and urban development around each port. In order to evaluate sources of contamination it were used selected diagnostic reasons. Contamination in most of areas revealed to be simultaneously influenced by a mix of sources (pyrolytic and petrogenic), probably related to port activities, urban and industrial wastes, and atmospheric routes.

Por se tratar de um fenômeno complexo, a modelagem computacional tem sido utilizada na tentativa de simular o comportamento de fluxos de detritos. Um dos modelos computacionais é o Kanako-2D. O presente trabalho realizou análise de sensibilidade desse modelo em relação a alcance, área de erosão, área de deposição, área total atingida e largura do fluxo. Os valores dos parâmetros de entrada do Kanako-2D, cujas faixas de variação foram estabelecidas a partir de revisão bibliográfica, foram alterados individualmente enquanto os demais eram mantidos nos valores padrão do modelo. Os parâmetros analisados foram: diâmetro dos sedimentos, coeficiente de rugosidade de Manning, coeficiente de taxa de deposição, coeficiente de taxa de erosão, massa específica da fase fluida, massa específica do leito, concentração de sedimentos e ângulo de atrito interno. Foi utilizada uma vertente real com histórico de ocorrência de fluxos de detritos (bacia hidrográfica do arroio Böni, em Alto Feliz e São Vendelino/RS) e uma vertente hipotética com as mesmas características da vertente real para avaliar o efeito da topografia na propagação do fluxo. Também foram simuladas diferentes condições de terreno na propagação do fluxo de detritos. A sensibilidade do modelo foi quantificada a partir de três métodos: (a) análise por rastreamento, que indicou massa específica do leito, ângulo de atrito interno e concentração de sedimentos como os parâmetros que causam maior sensibilidade do modelo; (b) análise regional, indicando que os parâmetros massa específica do leito, ângulo de atrito interno e massa específica da fase fluida apresentaram maior sensibilidade do modelo; e (c) análise das variâncias, em que os parâmetros que mais causaram sensibilidade ao modelo foram coeficiente de taxa de erosão, diâmetro dos sedimentos e massa específica do leito. Os resultados apontaram que, de maneira geral, os parâmetros que geram maior sensibilidade no modelo são massa específica do leito, ângulo de atrito interno e concentração de sedimentos. As maiores variações relativas, no entanto, foram observadas nos parâmetros massa específica do leito, ângulo de atrito interno e massa específica da fase fluida. As maiores sensibilidades foram verificadas, em ordem decrescente, para área de erosão, área total, área de erosão, área de deposição, alcance e largura na vertente real e, para área total, alcance e largura na vertente hipotética. A condição de terreno que gerou maior alcance e área atingida foi de 45° de inclinação na encosta e 17° de inclinação na planície aluvial. / Due to a complex phenomenon, computational modeling has been used in an attempt to simulate the behavior of debris flows. One of the computational models is Kanako-2D. The present work carried out sensitivity analysis of this model in relation to length, erosion area, deposition area, total reached area and flow width. The values of the Kanako-2D input parameters, which ranges were established from literature review, were individually changed while the others were kept at the standard values of the model. The analyzed parameters were: sediment diameter, Manning roughness coefficient, coefficient of deposition rate, coefficient of erosion rate, mass density of the fluid phase, mass density of bed material, sediment concentration and internal friction angle. It was used a real slope-site with a history of occurrences of debris flow (Böni river basin in Alto Feliz and São Vendelino/RS) and a hypothetical slope-site with the same characteristics of the real one to evaluate the effect of the topography in the propagation of the flow. Different hillslope and alluvial fan conditions were also simulated in order to evaluate the length and reached area in the propagation of the flow. The sensitivity was quantified from three methods: (a) screening analysis, which indicated mass density of bed material, internal friction angle and sediment concentration as the parameters that cause bigger sensitivity in the model; (b) regionalized analysis, indicate that the parameters mass density of bed material, internal friction angle and mass density of the fluid phase showed higher sensitivity in the model; and (c) variances analysis, indicated that coefficient of erosion rate, sediment diameter and mass density of bed material showed higher sensitivity in the model. The results showed that, in general, the parameters that generate the higher sensitivity in the model are mass density of bed material, internal friction angle and concentration. The largest relative variation, however, in the response of the model were observed in mass density of bed material, internal friction angle and mass density of fluid phase. In descending order, the highest sensitivities were verified for erosion area, total area, deposition area, length and width for the real slope-site and total area, length and width for the hypothetical slope-site. The terrain condition that generated the largest length and reached area was 45° on the hillslope and 17º on the alluvial fan.

Esta tese teve o objetivo de descrever e interpretar a propagação, deformação e a distribuição do potencial energético das ondas no Litoral Norte do Rio Grande do Sul, através da utilização de uma abordagem híbrida, a qual consiste em acoplar modelos de alta resolução capazes de simular os processos de transformação de ondas em águas rasas (refraction, bottom friction, shoaling, diffraction, breaking), com técnicas estatísticas de interpolação que utilizam uma relação empírica entre variáveis de águas profundas e águas rasas afetadas pelos efeitos de propagação, reduzindo o esforço computacional. Com os parâmetros das ondas e suas potenciais capacidades energéticas, também foi calculado, através de modelos numéricos, as taxas e magnitudes do transporte de sedimentos num trecho de 45 km ao longo do Litoral Norte. A caracterização do clima de ondas da região sul do Brasil, em águas profundas (3000m) ao largo da costa, e em águas rasas (17 m) na Praia de Tramandaí, foi realizada com base em duas séries temporais distintas de quatorze anos (Jan/1997-Dez/2010), analisadas separadamente. A série foi obtida através de reanálise do modelo operacional NWW3 (águas profundas), e a partir desta foi aplicada uma metodologia híbrida (dinâmica + estatística) de transferência (downsca/e), integrando modelagem numérica de ondas (dinâmica) e ferramentas matemáticas (estatística), para reconstruir a série temporal completa. A metodologia de reconstrução foi validada através da comparação com dados instrumentados medidos in situ O modelo DELFT3D-WAVE utilizado na modelagem numérica também foi calibrado com dados instrumentados. Informações sobre o regime de ondas no Brasil são escassas e sustentadas por observações de curto período, sendo os únicos trabalhos publicados com regimes de longo prazo referentes a análises realizadas com dados provenientes de reanálises globais. O presente trabalho é inédito na escala espaço temporal analisada, tendo em vista a reconstrução e posterior análise de uma série temporal de quatorze anos em águas rasas na costa sul do Brasil. Informações sobre o potencial energético das ondas no Brasil são limitadas, geradas principalmente por análises de cenários característicos de ondas ou eventos extremos isolados, não levando em consideração base de dados superiores ao período de um ano. A partir dos resultados obtidos neste trabalho foi comprovado que existe dissipação energética ao longo da propagação das ondas sobre a plataforma sul brasileira, contudo o potencial energético disponível para extração continue sendo significativo, com 76.3 MW/m e 40.9 MW/m disponíveis ao ano em águas intermediárias e na Praia de Tramandaí, respectivamente. Para a determinação das taxas e magnitudes envolvidas no transporte de sedimentos e na evolução morfológica anual ao largo da costa, foi aplicado à técnica de redução de casos de onda através do Fluxo Médio de Energia, aonde foram selecionados 36 cenários hidrodinâmicos representados pela frequência de ocorrência em relação à série temporal original Os cenários foram simulados com o modelo DELFT3DWAVE+ FLOW, e os valores ponderados pela respectiva frequência de cada cenário, possibilitando assim a quantificação das taxas anuais de transporte de sedimentos. O transporte resultante de sedimentos no litoral é para norte, apresentando uma taxa líquida de 1.098.945 m3/ano. A taxa média ao longo do ano é de 2.849 m3/m/ano. Em geral, os resultados da variação volumétrica dos perfis de praia demonstram que a maior parte da área estudada está com aporte sedimentar, provenientes do sul para norte, apresentando uma tendência acresciva, com taxa de sedimentação média de 1 ,8 m•tm ao ano. Os resultados obtidos neste trabalho condizem com estudos anteriores realizados por outros autores na área. / This thesis aimed to describe and interpret the propagation, deformation and distribution of the energy potential of the waves in the North Coast of Rio Grande do Sul, through the use of a hybrid approach, which consists of coupling high resolution models able to simulate the processes of shallow water conversion (refraction, bottom friction, shoaling, diffraction, breaking), with statistical interpolation techniques that use an empirical relationship between deep water and shallow water variables affected by propagation effects, reducing computational effort . With the parameters of the waves and their potential energetic capacities, the rates and magnitudes of the transport of sediments in a stretch of 45 km along the North Coast were also calculated through numerical models. The characterization of the wave climate of southern Brazil, in deep waters (3000m) offshore, and shallow water (17m) at Tramandaí Beach, was carried out on the basis of two distinct time serias of fourteen years (Jani1997-Dec/2010), analyzed separately. The serias was obtained through a reanalysis of the NWW3 operational model (deep waters), and from there was applied a hybrid methodology (dynamic + statistic) of downscale, integrating numerical modeling ofwaves (dynamic) and mathematical tools (statistics), to reconstruct the complete time serias. The reconstruction methodology was validated by comparison with instrumented data measured in situ The DELFT3D-WAVE model used in numerical modeling was also calibrated with instrumented data. lnformation on the wave regime in Brazil is scarce and supported by short-term observations, the only published studies being with longterm regimes concerning analyzes performed with data from global reanalysis. The present work is unprecedented in the time space scale analyzed, in view of the reconstruction and subsequent analysis of a fourteen - year time serias in shallow waters on the southern coast of Brazil. lnformation on the energy potential of waves in Brazil is limited, generated mainly by analyzes of wave-characteristic scenarios or isolated extreme events, not taking into account data bases over a period of one year. From the results obtained in this work it was verified that there is energy dissipation along the wave propagation on the Brazilian South platform, but the available energy potential for extraction continues to be significant, with 76.3 MWim and 40.9 MWim available per year in waters and in Tramandaí Beach, respectively. For the determination of the rates and magnitudes involved in sediment transport and annual morphological evolution off the coast, it was applied to the wave case reduction technique through the Medi um Energy Flow, where 36 hydrodynamic scenarios were selected, represented by frequency of occurrence in relation to the original time serias The scenarios were simulated with the DELFT3D-WAVE+FLOW model, and the values weighted by the respectiva frequency of each scenario, thus allowing the quantification of annual sediment transport rates. The sediment transport on the coast isto the north, presenting a net rate of 1.098.945 m3lyear. The average rate during the year is 2.849 m• I m I year. In general, the results of the volumetric variation of the beach profiles show that most of the studied area is sedimentary, originating from the south to the north, presenting an additional tendency, with average sedimentation rate of 1.8 m• I m per year . The results obtained in this work are consistent with previous studies carried out by other authors in the area.

Desde o início das investigações sobre o fundo do mar, considerável progresso no entendimento do ambiente marinho foi conquistado. A tecnologia e as ferramentas de mapeamento e análise desenvolvidas para estudar o fundo oceânico permitem que se descreva, com um certo grau de detalhamento, o relevo e, até mesmo, estruturas internas de camadas de sedimentos de diferentes tamanhos, que estão lá no fundo do mar, depositados ao longo de milhões de anos de história do planeta. O grande mistério, que até os dias de hoje ainda não foi completamente explicado, é o modo como esses sedimentos são transportados para o fundo do mar e geram depósitos no fundo oceânico, a centenas de quilômetros da costa? Acredita-se que os canyons que existem no fundo do mar sejam as vias expressas de transporte de boa parte desses sedimentos, já que se constata a existência de um grande volume de material depositado na parte terminal dos sistemas canalizados. A proposta dessa investigação experimental partiu de reprodução, em laboratório, dos processos que poderiam estar envolvidos na formação dos canyons. A teoria mais aceita existente na literatura, atribui a atuação de correntes de densidade durante as regressões do nível do mar como sendo o principal fator que desencadeou a formação dos canyons. A hipótese desse trabalho inclui, além da atuação das correntes de densidade, a atuação de um fluxo de aquífero mais intenso aflorando na região do talude. O fluxo de aquífero mais intenso é justificado pela ocorrência de um aumento de gradiente hidráulico, produzido durante o rebaixamento do nível do mar, durante as fazes de regressão. A simulação física é uma ferramenta poderosa e robusta, utilizada há mais de um século no dimensionamento de aviões, foguetes, pontes, torres, descarregadores de barragens, vertedores e muitos outros tipos de estruturas. A mesma ferramenta pode ser utilizada para gerar modelos do processo de transporte sedimentar em escala reduzida. Esse tipo de estudo parte do conhecimento dos elementos envolvidos no fenômeno investigado – no caso específico, o fundo do mar, a água e os sedimentos – e dos processos aos quais esses elementos possivelmente estão sujeitos no ambiente natural. Esta pesquisa, fundamentada na modelagem física, tentou reproduzir um fluxo de aquífero que aflora no talude e, concomitantemente, a atuação de correntes de densidade, produzindo assim em laboratório um ambiente análogo ao natural durante as fases de regressão do nível do mar, com base em teorias da bibliografia. A metodologia experimental adotada partiu da construção de um depósito cuja geometria representa um V talude com cerca de 1,5 metro de largura, 0,6 metro de comprimento e 0,25 metro de altura. O talude possui rampas com declividades entre 15 e 30 graus. Os sedimentos utilizados foram carvão mineral com fração de areia grossa, areia grossa de origem siliciclástica e calcário com frações de silte e argila. Os sedimentos de frações de areia foram utilizados na construção dos taludes testados, e o calcário, na produção das correntes de densidade. Os experimentos simularam escoamentos em meio poroso dentro do talude, reproduzindo um fluxo de água subterrânea de sistema aquífero que aflorou na região do declive, tendo sido medidas as vazões do aquífero e os respectivos gradientes hidráulicos. Foram também simuladas correntes de densidade com diferentes concentrações e intensidades, bem como obtidos valores médios de espessuras, velocidades e concentrações de sedimentos. Através da simulação, foram produzidas sequências de processos de erosão do talude, que iniciaram com escorregamentos – gerados a partir do aumento da vazão dentro do aquífero reproduzido – e terminaram com a geração de canyons – através da atuação simultânea de correntes de densidade. Os resultados mostraram que existe um significativo elo de ligação entre esses dois processos – fluxo de água subterrânea de sistema aquífero e correntes de densidade –, de tal modo que ambos são necessários para que ocorra a formação dos canyons e para que um grande volume de material seja efetivamente erodido e transportado. As correntes de densidade sozinhas, dentro da escala de simulação, não possuem capacidade de erosão e transporte de sedimentos muito significativa. O sistema de transporte via correntes só é efetivo quando existe um fluxo de aquífero atuando concomitantemente. A observação dos processos de erosão e deposição durante os experimentos, bem como análise do banco de imagens obtidas permitiram a construção de um modelo de formação e evolução de canyons. A formação passa por sequências ordenadas, onde o desenvolvimento de um knickpoint desencadeia um processo de erosão remontante, escavando um sulco que evolui para um canyon formado por uma cabeceira conectada a plataforma bem como depósitos associados. Os dados gerados na simulação física foram comparados com dados do ambiente natural, descritos em trabalhos acadêmicos publicados, e logrou-se provar que os parâmetros medidos estão dentro de valores passíveis de ser encontrados no ambiente natural. Além disso, o cálculo de extrapolação permitiu identificar canyons naturais análogos aos produzidos em laboratório. Os parâmetros dinâmicos das correntes de densidade, bem com as concentrações volumétricas de sedimentos e as faixas de tamanhos de grãos extrapolados estão também dentro de escalas medidas em protótipos análogos. As escalas encontradas seriam de 1:5000 na vertical (com exagero de 2 a 3 vezes) e 1:10000 e VI 1:15000 na horizontal. Assim, é possível que os resultados obtidos neste trabalho venham a elucidar um pouco as dúvidas que estão pendentes há muito tempo acerca do objeto de estudo. / Since the beginning of the deep sea research, considerable progress has been achieved in understanding the marine environment. The technology and tools developed for mapping and analyzing the ocean floor allow a detailed description of the relief and even the internal structures of sediment layers of different sizes that are there, in the bottom of the sea, deposited over millions of years of planetary history. The great mystery, which to this day has not yet been fully explained, is the way these sediments are transported to the seabed. How do sediments of varying sizes reach distances hundreds of miles beyond the coastline and generate deposits on the ocean floor? It is believed that the canyons that exist on the seabed are the express ways through which the transport of a good part of these sediments occurs, given that there is a great volume of material deposited in the terminal parts of these channeled systems. Thus, the focus of speculation and interest has been directed to canyons and density currents, which serve, respectively, as the pathway and the vehicle for sediments. The major obstacle to investigating the role of canyons and currents in the sediment transfer process is the difficulty in observing and measuring phenomena in the natural environment. Besides the scale problem, there is also the rarity of occurrence of events. In fact, it is practically impossible to predict when and where a density current will occur. And if it were possible to predict, how could it be measured? With what equipment? Physical simulation is a powerful and robust tool, used for more than a century in the scaling of aircraft, rockets, bridges, towers, dams, spillways and many other structures. The same tool can be used to generate small scale models of the sediment transport process. This type of study is based on the knowledge of the elements involved in the phenomenon investigated – in this case, the seabed, water and sediments – and the processes to which these elements are possibly subject in the natural environment. This research, based on physical modeling, allowed to reproduce in a laboratory, in a reduced scale, processes similar to those that possibly occur in the seabed. The experimental methodology adopted was based on the construction of a deposit whose geometry represents a slope about 1.5 meters wide, 0.6 meters long and 0.25 meters high. The slope has declivities between 15 and 30 degrees. The sediments used were mineral coal of a coarse sand fraction, coarse sand of siliciclastic origin and limestone with fractions of silt and clay. The sediments of sand fractions were used in the construction of the experimental slopes, and the limestone, in the production of the density currents. The experiments simulated water flows in porous medium within the slope, reproducing an VIII aquifer flow. Density currents were also simulated, since they are generally considered as an important mechanism of sediment transport in the natural environment. began with slides – generated from an increasing flow rate within the simulated aquifer – and ended with the generation of canyons – through the simultaneous action of density currents. The results show that there is a significant link between these two processes – aquifer flow and density currents –, in such a way that both are necessary for the formation of canyons to occur and for a large volume of material to be effectively eroded and transported. Density currents alone, within the simulation scale, do not have very significant sediment transport capacity. The density currents transport system is only effective when there is an aquifer flow acting concomitantly. The observation of the erosion and deposition processes during the experiments, as well as the analysis of the bank of images obtained allowed the construction of a model of formation and evolution of canyons. The formation passes through ordered sequences, where the development of a knickpoint triggers a process of erosion remontante, digging a groove that evolves to a canyon formed by a bedside connected to the platform as well as associated deposits. The data generated in the physical simulation were compared with data from the natural environment, described in published academic papers, which proved that the measured parameters are within the value range that can be found in the natural environment. In addition, the upscaling of the results allowed the identification of natural canyons analogous to those produced in the laboratory. The dynamic parameters of the density streams as well as the volumetric sediment concentrations and the extrapolated grain size ranges are also within scales measured in similar prototypes. The scales found would be 1: 5000 vertically and 1: 10000 and 1: 15000 horizontally. Thus, it is possible that the results obtained in this work will elucidate some doubts that have long been pending about the object of study.

O cultivo intensivo das áreas de baixa aptidão agrícola (solos pouco profundos em áreas declivosas) nas encostas basálticas do sul do Brasil tem contribuído para a degradação desse ambiente através do aumento das taxas de erosão e da produção de sedimentos. Programas de conservação do solo e da água têm sido implantados nessas áreas, ao mesmo tempo em que tem sido conduzidos estudos para verificar o impacto dessas práticas em relação à qualidade do solo e da água. Nesses estudos, estão sendo empregadas metodologias tradicionais de monitoramento combinadas com a utilização da modelagem matemática. Este trabalho teve como objetivo avaliar o modelo LImburg Soil Erosion Model (LISEM) na representação espacial dos processos hidrossedimentológicos de uma pequena bacia rural cultivada com tabaco, e também de verificar o efeito da combinação de práticas de controle da produção de sedimentos. Para isso, o modelo foi inicialmente calibrado a partir de dez diferentes eventos de precipitação. Os parâmetros de entrada utilizados para o modelo foram, na sua grande maioria, obtidos através de medições realizadas na bacia por vários autores. Para avaliar a habilidade do modelo em representar os processos hidrológicos e a distribuição espacial dos processos erosivos, foram utilizados hidrogramas e sedimentogramas medidos no exutório da bacia, e também um conjunto de informações referentes à localização de fontes de sedimentos (fingerprinting) e da distribuição espacial dos processos erosivos, através de um levantamento de campo. Para a avaliação das práticas de controle da produção de sedimentos, foram criados seis cenários onde combinou-se dois sistemas de preparo do solo (tradicional e mínimo) e manejo do ambiente ripário com uso de biofiltro e mata ciliar. Resultados mostraram que o modelo LISEM foi capaz de reproduzir adequadamente os hidrogramas para os dez eventos utilizados na calibração. Por outro lado, os valores de concentração de sedimentos em suspensão e da produção de sedimentos foram, na grande maioria das vezes, superestimados quando comparados com os valores observados. De uma maneira geral, para os eventos de maior intensidade, o modelo conseguiu reproduzir de forma razoável os padrões de erosão e deposição verificadas a campo. Quanto às simulações dos cenários, verificou-se a importância da presença do biofiltro e da mata ciliar para o controle da produção de sedimentos. / The intensive cultivation of the areas of southern Brazil that have poor agricultural potential (shallow soils on steep, basaltic hillsides) has contributed to the degradation of the environment by increasing rates of soil erosion and sediment yields. In this study, traditional monitoring methods have been combined with concurrent mathematical modeling to verify the effectiveness of the implementation of soil and water conservation practices on soil and water quality. This study seeks to evaluate the ability of LISEM (LImburg Soil Erosion Model) to spatially represent hydrosedimentological processes in a small rural catchment under tobacco cultivation. It also quantifies the effect of the combined practices in controlling sediment yield. The model was initially calibrated based on 10 rainfall events. The initial parameters used in the model were obtained, for the most part, from measurements reported in the literature. Observed hydrographs and sedigraphs for the outlet of the catchment were used to evaluate the model’s ability to simulate hydrosedimentologic processes. The spatial erosive processes simulated by LISEM were evaluated using both as sediment fingerprinting and a field survey. Six LISEM model scenarios were developed to evaluate the implemented sediment control practices. These included traditional versus minimum tillage, the implementation of buffer strips and riparian vegetation to protect the stream. The LISEM model was capable of adequately reproducing the hydrograph for the 10 calibration events. On the other hand, suspended sediment concentration and sediment yield were almost always overestimated by the model when compared to the measured values. In general, the model appropriately simulated observed patterns of erosion and deposition for the more intense rainfall events. The importance of buffer strips and riparian vegetation in controlling sediment yield was confirmed by the simulation modeling.

Ensaios experimentais foram realizados com o intuito de criar condições ao escoamento das correntes de turbidez a alcançar um estado de equilíbrio dinâmico, o qual é associado à escoamentos com alta capacidade de transferência de sedimentos para a bacia submarina. De-vido à sua imprevisibilidade e dificuldades de medição, os dados obtidos em ambientes natu-rais das correntes de turbidez são escassos, porém sua importância na geração de reservas de hidrocarbonetos é amplamente reconhecida. Duas séries experimentais foram realizadas, para tanto, um canal unidirecional (5,38 m (C) x 0,30 m (L) x 0,38 m (A)) foi utilizado, sob uma declividade de 3°. As correntes foram compostas por caulim fino (ds = 23um) e uma des-carga contínua ( q = 21/s) foi mantida em todo o experimento. Nos ensaios de maior concen-tração (Fase A – Cv = 2,7%), o escoamento acelerou ao longo do tempo, diluindo-se e di-minuindo a resistência junto ao leito. Já a Fase B (menor concentração – Cv = 1,25%) indica uma retração do fluxo (redução na espessura), desenvolvendo uma camada basal de maior concentração e cisalhamento. O estado de equilíbrio do escoamento, a partir da formação e equilíbrio das formas de fundo, foi atestado através da análise dos modelos teóricos e das equações governantes, sendo função do número de Richardson normal (RiN ≈ 0,41). Inclusi-ve, o escoamento assemelhou-se ao escoamento uniforme em canal, de modo que, para uma mesma descarga, o escoamento ajustou-se a uma mesma declividade (S ≈ 0,07) e coeficiente de resistência (cf ≈ 0,015). Os resultados indicam para a potencialidade das correntes de tur-bidez em gerar as chamadas Ondas Sedimentares, estruturas encontradas em ambientes natu-rais semelhantes às antidunas fluviais. A evolução temporal da declividade e sua importância para obtenção de um estado de equilíbrio, indica que, através da manutenção de uma descarga de sedimentos (e.g. por cheias fluviais, instabilidades de acumulação deltaica), as correntes tem capacidade de alcançar um estado de equilíbrio com o leito, mesmo em regime de deposi-ção. Boas correlações dos experimentos simulados com o uso de modelos de previsão de for-mas de fundo fluviais e a desenvolvimento similar das ondulações geradas são novos indícios que atestam a semelhança entre os mecanismos de geração e formação das formas de fundo às geradas por escoamentos fluviais. Além disso, a caracterização da camada basal da corrente, responsável pela maior parte do transporte sedimentar e com perfis característicos semelhan-tes aos de escoamento fluviais, geraram melhor correlação dos dados experimentais com os modelos fluviais. / Turbidity currents were simulated in laboratory in order to allow the flows to reach an dynamic equilibrium condition, which is related to natural flows of great potential of transfer-ring sediment into the submarine basin. Natural observation and measurements from turbidity currents are very rare due to its unpredictability and difficulties, however its role in the gener-ation of hydrocarbons reservoirs it is widely recognized. Two experimental series were per-formed with the use of an unidirectional tank (5,38 m long, 0,30 m wide and 0,38 m high), which sited in a slope of 3 degrees. The flows were composed by kaolin (ds = 23um) and fed the tank continuously with the same discharge (q = 21/s). High concentration (Phase A – Cv = 2,7%) flows accelerated trough time, diluting it and reducing shear on the bed. Phase B experiments (low conc. – Cv = 1,25%) indicated flow retraction (lower H and U) and the development of a high concentration basal layer, together with higher bed shear. The equilib-rium stage between the flow and the bedforms was verified with the use of theoretical models and governing equations, at the end it was verified that it was a function of the normal Rich-ardson number (RiN ≈ 0,41). Plus, a similar behavior of the flow with uniform open channel flows was verified, in a way that for a given discharge, the flow was set to the same slope (S ≈ 0,07) and drag coefficient (cf ≈ 0,015). Also, new results indicate the potential of tur-bidity currents to generate sedimentary waves, particular features found in natural environ-ments generally associated with antidunes. The temporal evolution of the bed slope was very relevant to the flow equilibrium stage; so that in the natural environment periodic discharges (e.g. river floods, instabilities of deltaic accumulation) could allow turbidity currents reach an equilibrium stage with the bed through deposition. Good correlation with experimental data of fluvial bedforms prediction models and similar development of resulting ripples are new evi-dence of similarity between mechanisms of generation and evolution of the fluvial and turbid-ity currents bedforms. Besides that, an improvement of the correlation was observed when characteristic scales of the basal layer were used, which is a region of high sediment transport having typical profiles very similar to fluvial ones.

A faixa urbanizada da orla na costa sul – oriental e leste do Estado do Rio de Janeiro sofre constantemente com a destruição de calçadões, ruas, muros e casas em eventos oceanográficos extremos. Essas construções, na maior parte dos casos estão localizadas muito próximas ao limite com a praia, dentro da faixa de não edificação prevista no Projeto Orla do Ministério do Meio Ambiente. A região apresenta forte crescimento populacional com principais atividades econômicas associadas à exploração de petróleo nas cidades de Macaé e Rio das Ostras, ao turismo da Região dos Lagos, além do centro urbano de Niterói já consolidado. A identificação de jazidas de material semelhante ao original para recuperação de praias como opção de mitigação, representa uma alternativa para manter a função de proteção exercida pelas mesmas e de seu uso para o lazer. Nesse sentido, este estudo tem como objetivo analisar a compatibilidade de sedimentos superficiais da plataforma continental interna com as areias de praias urbanas, situadas entre as cidades de Niterói e Macaé – RJ, através da comparação de parâmetros estatísticos da distribuição granulométrica das areias desses dois ambientes. Para a caracterização sedimentar das praias alvo, foram coletadas amostras da face praial de 16 praias situadas nos principais núcleos urbanos deste segmento do litoral fluminense. Os dados granulométricos dos sedimentos superficiais da antepraia e plataforma continental interna entre Niterói e Macaé são secundários, de campanhas oceanográficas pretéritas. Tais dados foram filtrados e digitalizados, somando um total de aproximadamente 1200 pontos de coleta que vão desde a barra leste da Baia da Guanabara até a Restinga de Jurubatiba. Onze áreas granulometricamente compatível com as diferentes praias da região de estudo foram identificadas próximo à isóbata de -20 m ao largo da costa de Niterói e Maricá, de Cabo Frio e Búzios e entre Rio das Ostras e Macaé, representando potenciais estoques de sedimento para utilização em projetos de recuperação dessas praias. / The urbanized coastline of east and south-east littoral of the state of Rio de Janeiro suffers constantly with the destruction of houses, walls and streets in extreme oceanographic events. These constructions, in most cases are located very close to the limit with the beach, inside of the range of no building suggest by Projeto Orla – Ministry of Environment. This region has strong population growth with major economic activities associated with oil exploration in the city of Macae and Rio das Ostras, industry of tourism in Lakes Region and the urban center of Niteroi already consolidated. The identification of sand deposits with similar granulometric characteristics to the native material to nourishment project as a mitigation option, represented an alternative to maintain the protective function of the beach and use for recreation. The objective of this study is analyze the compatibility of surface sediments of the inner continental shelf and sands of urban beaches, located between the cities of Niteroi and Macae – RJ, through of comparison the statistical parameters of size distribution of the sands of these two environments. For the characterization of sedimentary beaches were sampled from the beach face of 16 beaches located in the major urban centers of this segment of the coastline of Rio de Janeiro’s state. The granulometric data of surface sediments of the inner continental shelf between Niteroi an Macae are secondary from preterits oceanographic campaigns. These datas were filtered and digitized with a total of approximately 1200 collection points ranging from east bar of Guanabara Bay to the Restinga de Jurubatiba. Eleven areas granulometrically compatible with the different beaches were identified near the -20 meters isobaths near the coast of Niteroi and Marica, Cabo Frio and Buzios and between Rio das Ostras and Macae, representing a potential borrow areas for use in nourishment projects in this region.

Esta Tese tem como objetivo a análise da morfodinâmica da praia de Moçambique, em particular, do papel da orientação da linha de costa na influência da dinâmica dos sistemas praia-duna. A exposição da costa em relação às ondas e aos ventos exerce uma importante influência nas variações locais na altura e direção das ondas, tamanho de grão, aporte de sedimentos, transporte eólico de sedimentos, interações praia-duna e desenvolvimento da barreira costeira holocênica onde se insere a praia de Moçambique. Em uma praia de enseada com acentuada curvatura, esta influência pode ser ainda mais evidente. A praia de Moçambique, localizada na Ilha de Santa Catarina, apresenta variações ao longo de sua extensão no grau de exposição aos ventos e às ondas prevalescentes, no tipo e dimensão dos sistemas de dunas, no tipo morfodinâmico de praia, tamanho de grão e na cobertura e diversidade da vegetação. Assim, esta praia é um excelente local para a análise de qual o fator (ou combinação de fatores) é o mais importante no controle do desenvolvimento da barreira, e também para o teste de modelos existentes na literatura de interações praia-duna. O registro das ondas da região foi analisado, sendo determinado que as ondas de S-SE predominam e produzem uma deriva litorânea em direção ao norte, com um transporte máximo de sedimentos no extremo norte da praia. Perfis topográficos da praia e da duna frontal foram monitorados durante um ano e estes mostram que o volume de sedimentos transportados pelo vento aumenta do sul para o norte do embaiamento. A cobertura e a diversidade da vegetação variam ao longo da costa e estão relacionadas com a mobilidade da praia, aporte de sedimentos e energia dos ventos. Os volumes de sedimentos da barreira arenosa Holocênica foram estimados e estes aumentam em direção ao norte. A porção norte da praia de Moçambique é mais exposta à ação das ondas e dos ventos prevalescentes, os quais são transversais à esta porção da costa, favorecendo o desenvolvimento do campo de dunas. Entretanto, a porção sul da praia é abrigada e o transporte de sedimentos e o desenvolvimento da duna frontal são reduzidos. Estes diversos processos foram comparados com modelos prévios de interações praia-duna e integrados em um novo modelo conceitual. Este modelo foi extendido e testado em praias localizadas ao sul da Ilha de Santa Catarina, onde os campos de dunas transgressivas migram em sentido oposto aos campos de dunas da Ilha. De maneira geral, as conclusões indicam que os processos da praia e da zona de surfe potencialmente transportam os sedimentos para a praia e para a duna frontal, mas a ação eólica resultante, controlada pela orientação da linha de costa, é determinante do transporte de sedimentos da praia para a duna e no desenvolvimento e evolução de campos de dunas transgressivas. / This thesis examines the morphodynamics of Moçambique beach, and in particular, the role of coastline orientation in influencing the dynamics and evolution of the beach and dune systems. Coastline exposure in relation to winds and waves is important in influencing local variations in wave height and direction, grain size, sediment supply, aeolian sand transport, beach-dune interactions, and barrier development. On a headland bay beach with accentuated curvature, this influence can be very pronounced. Moçambique beach, located on Santa Catarina Island, has longshore variations in its exposure to the prevailing winds and waves, type and dimensions of the dune systems, beach/surfzone morphodynamic type, grain size, vegetation cover and diversity. Therefore, it is an excellent place to analyze which factor (or group of factors) is the most important in controlling or influencing the barrier development. It is also an excellent site to test current models of beach-dune interactions. The wave record for the region was analyzed and S-SE waves predominate, and drive a northward littoral drift system, with maximum sediment transport to the northern end of the beach. Beach and foredune topographic profiles were surveyed over one year and show that the volume of aeolian sediment supply increases from south to north. The vegetation cover and richness varies alongshore and is related to beach mobility, sediment supply and wind energy. Holocene barrier volumes were estimated and increase to the north. The northern part of Moçambique beach is most exposed and the prevailing winds and waves are onshore, favoring dunefield development. The southern portion of the embayment is sheltered and the sediment transport and foredune development are therefore reduced. The various processes were compared with previous models of beach-dune interaction and integrated into a new conceptual model. The model was extended to, and further tested on the beaches located southwards of Santa Catarina Island, where transgressive dunefields migrate in an opposite direction of those on the Island. Overall, the conclusions indicate that the beach/surfzone processes potentially supply sediments to the beach and foredune, but the resultant aeolian action is controlled by the coastline orientation, and this is critical for the sediment delivery from the beach to the foredune, and to the transgressive dunefield development and evolution.

Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Instituto de Geociências, 2013. / Submitted by Luiza Silva Almeida (luizaalmeida@bce.unb.br) on 2013-07-18T16:28:46Z No. of bitstreams: 1 2013_RaúlEspinozaVillar.pdf: 13075336 bytes, checksum: d6311c8e72afa24fec890a47b18653e0 (MD5) / Approved for entry into archive by Leandro Silva Borges(leandroborges@bce.unb.br) on 2013-07-18T19:20:18Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2013_RaúlEspinozaVillar.pdf: 13075336 bytes, checksum: d6311c8e72afa24fec890a47b18653e0 (MD5) / Made available in DSpace on 2013-07-18T19:20:18Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2013_RaúlEspinozaVillar.pdf: 13075336 bytes, checksum: d6311c8e72afa24fec890a47b18653e0 (MD5) / A bacia amazônica é a mais importante do mundo em termos de superfície e de vazão ao oceano, representando uns 15% do volume d’água chegando aos oceanos e proveniente dos continentes. O fluxo de sedimento do Rio Amazonas foi estimado entre 600 e 1200 Milliões de toneladas. Na bacia do Amazonas, por causa de seu tamanho e de difícil acesso, é demasiado complexo e dispendioso o monitoramento das sub-bacias importantes. Para resolver esses problemas serão exigidos instrumentos alternativos, como imagens de satélite. A principal desvantagem da utilização de sensores ópticos nesta região é a grande quantidade de nuvens, mas este problema pode ser solucionado com a utilização de imagens de alta resolução temporal. Este trabalho tem como principal objetivo controlar os fluxos de sedimentos nos grandes rios da Amazônia, e classificar os diferentes tipos de água presente na bacia, a partir de suas características ópticas. O sensor MODIS (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer), a bordo dos satélites TERRA e AQUA, fornecem imagens diárias por cada satélite, fazendo um total de 2 imagens por dia, com resolução espacial de até 250 m. Nesta pesquisa serão usadas imagens compostas de 8 dias com resolução espacial de 250 e 500 m para ambos os satélites, fazendo um total de 4 produtos MODIS (MOD09Q1, MOD09A1, MYD09Q1 e MYD09A1). Estes produtos fornecem dados de reflectância com uma correção atmosférica bastante robusta. A rede de monitoramento ORE-HIBAM vem coletando dados de qualidade de água, a cada dez dias, desde 2003, em diferentes locais da bacia amazônica. Estas amostras são para a medição da concentração de matéria em suspensão (MES) de superfície. Para calibrar estas estações, o projeto HIBAM, em cooperação com entidades regionais, realiza campanhas para a coleta de amostras d’água e medição de diferentes parâmetros. Nessas campanhas foram também realizadas medições de radiometria (reflectância de sensoriamento remoto (Rrs) e coeficiente de atenuação difusa (Kd)) da água. De maneira simultânea às medições de radiometria foram coletadas amostras de água. As medições de Rrs foram relacionados com as concentrações correspondentes de MES, obtendo um coeficiente de correlação (R2 ) de 0,89 para 259 amostras. Da mesma forma foram correlacionados com as medidas de Kd e a concentração de MES, obtendo R2 de 0,93 para 129 amostras. Ambas as medidas com um intervalo de concentrações de 2-621.6 mg/l. As medições de radiometria também foram utilizadas para classificar as águas naturais da Amazônia em 8 classes, dependendo de suas propriedades ópticas. Com as medidas radiométricas de campo foi possível calcular o coeficiente de absorção (a) das águas naturais, estimar a absorção do CDOM (aCDOM) e dos sedimentos (as). Usando estes dados, também foi calculado o coeficiente de espalhamento (b) e retroespalhamento (bb) para diferentes tipos de água, com resultados consistentes com a literatura. A extração da reflectância das imagens MODIS foi realizada de maneira automatizada, mediante a ferramenta computacional MOD3R. Esta ferramenta extrai a reflectância dos pixels correspondentes da água, a partir de uma região previamente designada. Desta forma, pode-se processar e analisar séries históricas a partir de uma grande quantidade de imagens (mais de 500 imagens por estação). Com as imagens MODIS foram criadas 6 estações virtuais ao longo do Rio Madeira. Para esse trabalho foi usada uma razão de bandas (infravermelha / vermelha) e, a partir dos dados de radiometria de campo e de concentração de MES das campanhas, os dados MODIS foram calibrados a partir da relação entre dados de MES e o resultado da razão de bandas. Os dados de MES estimados com as imagens MODIS foram validados com os dados das estações de Fazenda Vista Alegra e Porto Velho, da rede ORE-HIBAM obtendo-se um valor de R2 = 0.78. Assim, foram estimados os valores de MES para cada estação e para um período de 2000 a 2011. Com esses dados, foi calculado um ano médio (12 médias mensais) para as seis estações. Assim, observamos os processos de transporte de sedimentos como diluição e precipitação ao longo do rio Madeira e do comportamento temporal em cada estação e época do ano, e da influência nos sedimentos do remanso hidráulico causado pelo rio Amazonas, em alguns meses do ano. Na confluência dos rios Ucayali e Maranon é formado o rio Amazonas (peruano). Nessa região existem três estações de amostragem de concentração de sedimentos de superfície, da rede ORE-HYBAM, nos três rios (Marañón, Ucayali e Amazonas). A estação do rio Ucayali teve um problema causado pela pluma de um rio afluente, fazendo com que as amostras nesta estação representem as águas do afluente. O projeto HIBAM realiza campanhas de amostragem de sedimentos e medição do caudal sólido e líquido, assim podem se ligar as amostras de sedimentos de superfície com descarga sólida. Os dados de reflectância infravermelha MODIS foram relacionados com as concentrações médias de superfície, medidas durante as campanhas, obtendo-se boas correlações entre estas duas magnitudes. Usando as relações MES- Reflectância, foram estimadas series de concentração de sedimentos e posteriormente foi estimada a descarga sólida em 3 estações. Nas estações dos rios Marañon e Amazonas, os dados estimados com as imagens de satélite foram validadso com os dados da rede ORE-HIBAM. Para validar o resultado do rio Ucayali foi realizado um balanço de massa entre as três estações, de modo que a descarga sólida dos rios Maranon e Ucayali seja igual à descarga sólida na estação do rio Amazonas. O equilíbrio foi realizado com dados MODIS estimados, em uma série de imagens entre os anos 2000 e 2009, fechando o equilíbrio entre as estações tanto a montante quanto a jusante. Na presente pesquisa foram estimados dados de MES para um intervalo entre 4 e 1832 mg/l, sem achar saturação na reflectância do canal infravermelho, na razão de bandas e no Kd. As estimações de MES, a partir dos dados MODIS, realizadas na presente pesquisa mostraram um erro médio quadrático entre 30 e 40%. Com a utilização da radiometria de campo, este erro diminui cerca de 23%. ______________________________________________________________________________ RÉSUMÉ / Le bassin Amazonien est le grand plus réseau hydrographique du monde en termes d’extension géographique et de débit. Il couvre approximativement 5 % des surfaces émergées, représente 15 % des apports continentaux en eau douce aux océans tandis que son débit sédimentaire est de l’ordre de 800 millions de tonnes par an. Le suivi hydro-sédimentaire des fleuves amazoniens est rendu difficile par la taille du bassin et la puissance des flux à mesurer pour lesquels les méthodes traditionnelles de caractérisation sont peu adaptées. Les données de télédétection optique pourraient représenter une alternative intéressante pour le suivi de paramètres de qualité des eaux, notamment pour des grands bassins « sous » instrumentés comme l’Amazonie. Un obstacle important reste cependant le fort ennuagement typique des zones tropicales humides qui ne peut être dépassé que par l’utilisation d’une très haute résolution temporelle. L’objectif de la présente thèse est de caractériser les flux sédimentaires des principaux fleuves amazoniens à partir du suivi par télédétection des propriétés optiques de leurs eaux. Les capteurs MODIS (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer) à bord des satellites Terra et Aqua, fournissent des images journalières sur toute la surface terrestre. Nous considérons les produits continentaux composites à 8 jours et à 250 mètres de résolution spatiale. Ces images présentent l’avantage d’être calibrées, corrigées des effets atmosphériques et géoréférencées de manière robuste permettant un traitement automatisé de longues séries temporelles depuis l’an 2000. La caractérisation des flux sédimentaires in situ se base sur les données de réseaux conventionnels de mesure (ORE-HYBAM) et des campagnes de mesure qui ont permis de mesurer, selon des transects amont-aval, les principales caractéristiques des flux hydrologiques (débit, variations spatiales et saisonnières), des matières en suspension (MES) (concentration, minéralogie, granulométrie) et de leurs propriétés optiques (propriétés optiques apparentes AOP – réflectance télédétectée Rrs et coefficient d’atténuation diffus vertical descendant Kd). Un total de 279 mesures de Rrs et 133 de Kd sont analysées afin de déterminer la variabilité des propriétés optiques des MES au sein du bassin versant de l’Amazone et durant les différentes périodes du cycle hydrologique. Une classification non supervisée de Rrs permet de séparer aisément les eaux des plaines d’inondation et les grands types d’eaux fluviales (eaux noires / claires / blanches). La réflectance est bien corrélée avec la concentration en MES dans l’infrarouge (r² = 0.81 – 840 < λ < 900 nm) sur toute la gamme mesurée [2-621 mg/l]. Cependant, Rrs sature rapidement du bleu au rouge dès 100 mg/l. Au contraire, Kd montre une remarquable corrélation avec la concentration en MES (r² > 0.9), sans saturation et pour une large gamme de longueur d’ondes du vert (500 nm) à l’infrarouge (850 nm). Les propriétés optiques inhérentes (IOP) sont aussi étudiées directement (matière organique dissoute colorée – CDOM) ou déduites à partir des mesures des AOP. La moyenne de l'absorption du CDOM à 440 nm varie en fonction des types d’eaux. Pour les eaux noires, aCDOM est de 7.9 m-1, alors qu’il est de l’ordre de 4.8 m-1, pour les eaux blanches. La relation entre aNAP (coefficient d’absorption du matériel particulaire) à 550 nm et la MES est très robuste (r2 =0.91) mais présente une dispersion significative pour les faibles concentrations. L'absorption spécifique des particules non algales (a*NAP), qui est définie comme l'absorption par unité de concentration est évaluée à 0.028 m2/g à 555 nm. La variation de aNAP est modélisée par une exponentielle négative dont l’exposant varie entre 0.006 et 0.015 avec une corrélation négative avec la MES. Le coefficient de diffusion spécifique des particules non algales b*NAP à 555 nm est en moyenne de 0.672 ± 0.18 m2.g-1 et montre une variation spectrale du type λ-0.77 avec la longueur d’onde. Alors que sur l’Amazone et son principal affluent, le Solimões, aucunes variations saisonnières ne sont détectées, on mesure une variation saisonnière de b*NAP au sein du fleuve Madeira qui contribue à hauteur de 50% au débit solide du fleuve Amazone. L’utilisation des données satellitaires de résolution moyenne (hectométrique) est rendu difficile par l’étroitesse des cours d’eau vis-à-vis de la taille des pixels. Le phénomène de mélange spectral peut altérer la réflectance des pixels d’eau en fonction de la proximité d’éléments possédant des signatures spectrales contrastées (végétation de berge). Un algorithme a été développé afin d’identifier de manière automatique les pixels purs d’eaux au sein des scènes MODIS. La réflectance des eaux fluviales calculées par l’algorithme est validée avec les données radiométriques de terrain décrites précédemment, avec une bonne précision et avec un biais compatible avec les études de CAL/VAL précédemment publiées en milieu tropical humide marquée la présence d’aérosols en grande quantité. L’utilisation de cet algorithme permet un traitement automatisée des séries temporelles MODIS sur toutes les stations du réseau HYBAM en Amazonie et sans connaissance a priori des caractéristiques hydrologiques, météorologiques ou de la géométrie d’acquisition. Au Brésil, le fleuve Madeira est étudiée de manière systématique avec les données MODIS Terra et Aqua à partir de la création d’un réseau de stations virtuelles le long du cours d’eau. L’analyse conjointe des données satellitaires, radiométrique de terrain et des données de MES à deux stations (Porto Velho et Borba) met en évidence une hystérésis dans la relation Rrs – concentration en MES. En effet, il apparait que pour une même concentration en MES, la Rrs est inférieure en période de pic de crue, un comportement cohérent avec celui détecté pour le coefficient de diffusion spécifique de la MES comme décrit précédemment. Cette sensibilité est expliquée par une variation du type de MES qui affecte leur propriétés optique bien qu’il ne soit pas possible de conclure sur l’origine exacte de cette variation (variabilité granulométrique, minéralogique ou de la fraction organique). Cependant, l’utilisation d’un ratio Rrs(Infrarouge) / Rrs(Rouge) permet de s’affranchir de cette sensibilité saisonnière et permet un suivi précis de la concentration en MES comme l’atteste la validation avec les données du réseau HYBAM (r = 0.79 – N = 282) pour une large gamme de MES (4 – 1832 mg/ l). L´étude des comportements moyens de la concentration en MES mesurée par satellite au pas de temps mensuel (estimée par une moyenne interannuelle entre 2000 et 2011), d’amont en aval, permet le suivi fin des processus hydro-sédimentaires qui se développent au cours de la traversée du Madeira au sein de la plaine amazonienne jusqu’à sa confluence avec le fleuve Amazone : dilution, sédimentation et resuspension. En particulier, la zone de sédimentation induite par le barrage hydraulique à la confluence Madeira / Amazone est précisément délimitée lors de la période d’étiage. Au Pérou, nous étudions la zone de confluence Marañon / Ucayali où se forme le fleuve Amazone et où l’ORE HYBAM maintient une station hydro-sédimentaire sur chaque cours d’eau avec le service hydrologique péruvien. La station terrain de l’Ucayali montre des mesures incohérentes pendant plusieurs années du fait de l’influence d’un affluent local à l’amont de la station, rendant impossible l’utilisation de ces données. Pour cette étude, les images MODIS sont calibrées à partir de campagnes de mesures intensives des MES aux trois stations du réseau HYBAM entre 2007 et 2009. La validation est effectuée de manière indépendante de deux manières. D’abord en comparant les MES estimées par satellite et les données du réseau HYBAM (données à 10 jours) aux deux stations montrant des enregistrements valides (fleuves Amazone et Marañon). Ensuite, les données de MES de surface estimées par satellite sont utilisées pour calculer une concentration moyenne sur la colonne d’eau grâce aux données de campagne HYBAM. Les MES moyennes sur la section sont ensuite multipliées par le débit liquide pour calculer un débit sédimentaire à chaque station dans la zone de confluence. La comparaison des débits solides déduit par satellite entre amont (Marañon + Ucayali) et aval (Amazone) montre une excellente robustesse des estimations satellitaires (RMSE de 18 %, biais de 3 % sur 104 mois de données) compatible avec une utilisation opérationnelle des données MODIS pour le suivi des flux sédimentaires au sein du bassin amazonien. La présente thèse démontre pour la première fois que les propriétés optiques des MES au sein d’un grand bassin versant hydrologique sont suffisamment stables spatialement et temporellement afin de permettre un suivi efficace des flux sédimentaires de surface. Nous avons également démontré que les données MODIS, grâce au post-traitement que nous présentons, permettent de suivre robustement la réflectance des eaux de rivières. L’exploitation des images satellitaires permet ainsi de mettre en évidence les processus hydro-sédimentaires sur de larges périodes de temps (> 10 ans) et de mesurer les flux sédimentaires en conjonction avec les réseaux conventionnels de mesure. ______________________________________________________________________________ ABSTRACT / The Amazon basin is the largest hydrographical network in terms of geographical extension and discharge. It covers approximatively 5% of the continental surface, represents 15% of the fresh water continental contribution to the ocean, while its solid discharge is of around the 800 millions of ton per year. The hydro-sedimentary monitoring of the Amazonian rivers is limited by the large extension of the basin and the magnitude of the fluxes to measure, for which the traditionally characterisation methods are not well adapted. The optical remote sensing data could represent an interesting alternative for the monitoring of water quality parameters, particularly for large under-instrumented basins like the Amazon. However, a main limitation of this method is the typical nebulosity of the wet tropical regions. This difficulty can only be resolved by using very high temporal resolution of the data. The objective of this thesis is to characterize the sedimentary fluxes of the main amazonian rivers, using the remote sensing monitoring of their water optical properties. The MODIS sensors (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer) on board of Terra and Aqua satellites provide daily images on the whole Earth surface. The continental product composites every 8 days and with 250-m spatial resolution are used. The advantage of those images is that they are calibrated, the atmospheric effects are corrected, and they are robustly georeferenced, which make possible an automatized treatment of large temporal series since 2000. The in-situ sedimentary fluxes characterization is based on a conventional measurement network data (ORE-HYBAM) and field campaigns. Those data provided, via upstream-downstream section, main characteristics of hydrological fluxes (discharge, spatial and seasonal variabilities), suspended sediment (SS) (concentration, mineralogy and granulometry) and their optical properties (apparent optical proprieties AOP – remote sensing reflectance Rrs and downwelling diffuse attenuation coefficient Kd). A total of 279 measurements of Rrs and 133 of Kd are analyzed in order to determinate the variability of optical properties of SS into the Amazon basin and during the distinct periods of the hydrological cycle. With a classification not supervised of Rrs , the flood plains water and the main fluvial water types (black water/clear/white) are separated. The reflectance is well correlated with the SS concentration in the infrared (r² = 0.81 – 840 < < 900 nm) over all the measured range [2-621 mg/l]. However, Rrs rapidly saturates from blue to red from 100 mg/l. On the contrary, Kd shows a clear correlation with the SS concentration (r² > 0.9), without saturation and for a large range of wavelength from green (500 nm) to infrared (850 nm). The inherent optical properties (IOP) are also directly studied (colored dissolved organic matter – CDOM) or deduced from AOP measurements. The mean absorption of the CDOM at 440 nm differs according to water types. For black water, aCDOM is 7.9 m-1, while it is of about 4.8 m-1 for white waters. The relation between aNAP (absorption coefficient of the suspended sediment) at 550 nm and the SS is robust (r2 =0.91) but shows a significative dispersion for weak concentrations. The specific absorption of the non- algal particles (a*NAP), which is defined as the absorption per concentration unity is estimated at 0.028 m2/g à 555 nm. The variation of aNAP is modelized by a negative exponential with an exponent that varies from 0.006 to 0.015, with a negative correlation with the SS. The scattering coefficient specific of the non-algal particles b*NAP at 555 nm is in average of 0.672 ± 0.18 m2.g-1 and shows a spectral variation of the -0.77 type with the wavelength. While for the Amazon and its main tributary, the Solimões, no seasonal variation are detected, a seasonal variation of b*NAP is measured for the Madeira river, which contribute in around 50% to the solid discharge of the Amazon mainstream. The utilization of the medium resolution satellital data (hectometric) is complicated due to the river narrowness by comparison to the pixel size. The mixing spectral phenomenon can degrade the reflectance of the water pixels, in relation to the proximity of the elements having contrasted spectral signatures (riverbank vegetation). An algorithm was developed in order to automatically identify the pure water pixels into the MODIS images. The fluvial water reflectance calculated with the algorithm is validated with the in-situ radiometric data previously described, with a good precision and a compatible bias with the CAL/VAL studies previously published in humid tropical environment characterized by the strong quantity of aerosols. This algorithm is used to automatically treat the MODIS temporal series over all the HYBAM network stations in the Amazon basin, and without an a priori knowledge of hydrological, meteorological or acquisition geometry characteritics. In Brazil, the Madeira River is systematically studied with the MODIS Terra and Aqua data from the creation of a virtual stations network along the river. The parallel analysis of the satellital, in-situ radiometric and SS data at two stations (Porto Velho and Borba) put in evidence an hysterisis in the relation Rrs – SS concentration. Indeed, it seems that for a similar SS concentration, the Rrs is lower during the highflow period, a coherent behavior, with regards to the one detected for the SS specific scattering coefficient, as previously described. This sensibility is explained by a variation of the SS type, which affect their optical properties, while it is not possible to conclude about the extract origin of this variation (granulometrical, mineralogical or organic fraction variability). However, the Rrs(Infrared) / Rrs(Red) ratio is used to avoid the seasonal sensibility and make possible the precise monitoring of the SS concentration, as the validation of HYBAM network data has demonstrated (r = 0.79 – N = 282) for a large SS range (4 – 1832 mg/ l). The study of the mean behaviors of the SS concentration measured by satellite with a monthly time step (estimated with a interannual mean between 2000 and 2011), from upstream to downstream, makes possible the precise monitoring of the hydro-sedimentary processes which develop during the cross section of the Madeira in the amazon plains, until its confluence with the Amazon River: dilution, sedimentation and resuspension in particular, the sedimentation zone induced by the backwater to the Madeira/Amazon confluence is precisely delimited during the lowflow period. In Peru, we studied the confluence Marañon / Ucayali zone that is the beginning of the Amazon River, and where the ORE-HYBAM maintains a hydro-sedimentary station in each river with the Peruvian hydrological service. The Ucayali in-situ station shows incoherent measurements during several years, because of the influence of a local tributary upstream of the station, making impossible the utilization of these data. For this study the MODIS images are calibrated from the intensive SS measurements field campaigns in three stations of the HYBAM network between 2007 and 2009. Validation is achieved using two independent ways. First by comparing the estimated SS from satellite and HYBAM network data (ten days data) in two stations showing valid recordings (Amazon and Marañon River ). Second, SS surface satellite data are used to compute a column water mean concentration with HYBAM field campaigns data. The comparison of solid discharges deduced from satellite between upstream (Marañon + Ucayali) and downstream (Amazon) shows a clear robustness of the satellital estimations (RMSE of 18 %, bias of 3 % over 104 data months) compatible with an operational utilization of the MODIS data for the monitoring of the sedimentary fluxes in the Amazon basin. This thesis demonstrates for the first time that the SS optical properties in a large hydrological basin are spatially and temporally sufficiently stable to a efficient monitoring of the surface sedimentary fluxes. In addition, the MODIS data post- treatment that we describe makes possible the identification of the river water reflectance. The hydro-sedimentary processes over large temporally periods (>10 years) are characterized by the satellital images utilization and to measure the sedimentary fluxes in parallel with the measurements conventional networks.

O presente trabalho tem como objetivo principal o estudo da Termoluminescência (TL) e a Luminescência Opticamente Estimulada (LOE) de cristais de quartzo retirados de sedimentos localizados no litoral do Estado do Maranhão. Foi efetuada uma análise do comportamento da TL e da LOE do quartzo em relação à irradiação com radiação gama e beta, pré-aquecimentos e exposição à luz solar. Esta análise foi feita visando comparar os resultados obtidos por TL e LOE para aplicação na datação de cristais de quartzo. Os centros paramagnéticos da amostra foram analisados e identificados através de medidas de Ressonância Paramagnética Eletrônica (RPE), uma correlação dos centros de TL e LOE foi encontrada. Na datação por grão único observamos um comportamento inesperado, sendo um indício de que os centros responsáveis pela TL e a LOE não são os mesmos. As idades obtidas por LOE dependem apenas dos grãos que têm maior intensidade, por outro lado idades obtidas por TL resultam da contribuição de todos os grãos. As medidas de Difração de Raios-X (DRX), feitas no Laboratório Nacional de Luz Sincroton (LNLS), confirmaram que os grãos eram de quartzo apesar de apresentarem propriedades de emissão LOE diferentes, sugerindo que essas propriedades estão relacionadas às impurezas e defeitos pontuais intrínsecos de cada grão. Foram observados os sinais de RPE correspondentes ao quartzo e usando microondas com uma potência de 0,161 mW conseguiu-se isolar o sinal do centro E1 do quartzo. Observou-se que este centro cresce quando aquecido de 120 até 300 oC e para tratamentos acima de 300 oC até 450 oC ele decresce, podendo ser relacionado com os picos TL de altas temperaturas. As medidas de RPE, em baixa temperatura, mostraram a presença dos centros de Al. Foram encontradas Doses Anuais (DA) de 0,7 até 3,0 mGy/ano, e para alguns perfis os valores de DA foram mais constantes (Local B: 1,77-1,95 mGy/ano). As idades obtidas por LOE e TL (Protocolo Multiple Aliquot Regeneration: MAR) são bem próximas. Embora as obtidas por LOE, em geral, são um pouco menores do que as idades obtidas por TL. As profundidades estratigráficas dos sedimentos são diretamente proporcionais às idades obtidas. As três idades do segundo perfil estão dentro do Pleistoceno, já os outros perfis apresentam idades começando no Pleistoceno até o Holoceno. / The principal aim of the present work is to study the Thermoluminescence (TL) and Optically Stimulated Luminescence (OSL) of quartz crystals obtained from sediments located at coast of the state of Maranhão. The analysis using OSL and TL properties was carried out after gamma and beta irradiation, pre-heating, and exposure of samples to solar radiation, having in mind the dating of these sediments. EPR measurements were performed to investigate the possible paramagnetic centers in the sample, as well as establishing some correlation with the OSL and TL centers. Measurements of single grain dating showed an unexpected behavior. This result could be an evidence that the centers responsible for TL and OSL are not the same. Ages obtained by OSL depend only on the grain having greater intensity, on the other hand, ages obtained by TL depend on the contribution of multiple grains. The XRD measurements carried out at LNLS confirmed that all the separated grains were quartz grains, although different grains produced different OSL emission, suggesting that these properties are related to different intrinsic point defects and impurities in the grains. EPR signals were measured for quartz grains, using microwave power of 0.161 mW. It was able to isolate the signal of the E\'1-center. This signal is known to increase from 120 to 300 ºC and decreases by treatment beyond 300 ºC up to 450 ºC and may be related to the TL peaks at high temperatures. ESR measurements at 77 K showed the presence of Al centers. Annual Dose values were found to be between 0.7 to 3.0 mGy/year, and for some profiles the values were more constant (Location B: 1.77 to 1.95 mGy/year). The ages obtained by OSL and TL by MAR protocol are quite similar, although those obtained by OSL usually are somewhat smaller than the ages obtained by TL. The stratigraphic depths of sediments are directly proportional to the ages obtained. The three ages of the second profile are within the Pleistocene, since the other profiles show ages starting in the Late Pleistocene to Holocene.