El estudio de los flujos granulares ha adquirido gran interés en las últimas décadas, no sólo por su impacto económico, ambiental y científico, sino también porque su ocurrencia a escala geológica genera grandes riesgos sobre la población y la infraestructura alrededor del mundo. Esto ha originado dentro del ámbito de la ingeniería la necesidad de contar con modelos dinámicos que sean capaces de predecir en forma confiable la evolución espacio temporal de estos fenómenos, para lo cual es fundamental identificar, caracterizar y cuantificar los mecanismos de interacción entre los granos. En este contexto, el presente trabajo tiene por objeto mostrar los resultados cuantitativos y cualitativos de un estudio experimental de flujos de materiales granulares densos y secos, generados en un canal de fondo deslizante. Este canal posee un largo útil de 3 m, paredes de vidrio de 40 cm de altura, un ancho útil de 18.6 cm y una cinta que desliza por el fondo a una velocidad que varía en el rango de 0 a 180 cm/s. Los materiales granulares utilizados en este experimento correspondieron a gravas finas, medianas y gruesas y esferas plásticas. A modo de comparación, se condujeron en forma paralela experimentos consistentes en flujos de esferas plásticas en un canal de fondo fijo de inclinación variable. Este canal posee un largo útil de 3 m, paredes de acrílico de 50 cm de altura y ancho útil de 20 cm. En ambas instalaciones, leyes de resistencia y parámetros adimensionales característicos fueron determinados a partir de las mediciones de altura, velocidad y pendiente del canal. También se obtuvieron imágenes del movimiento de las partículas en la pared del canal y en la superficie del flujo, usando una cámara de video de alta velocidad. Estas fueron analizadas posteriormente en forma cualitativa y cuantitativa, mediante procesos de tratamiento de imágenes y la aplicación de técnicas PIV (“Particle Image Velocimetry”) y PTV (“Particle Tracking Velocimetry”) para la obtención de la distribución de velocidades. A partir de las mediciones realizadas en esferas y sedimentos en el canal de fondo deslizante, se calcularon los números de Froude, Savage y Coulomb resultando ellos en el rango 0<Fr<3, 0<Sa<0.11 y 0<Co<1 para sedimentos y 0<Fr<2.5, 0<Sa<0.036 y 0<Co<0.05 para esferas, lo que indica que en los flujos experimentados domina la fricción intergranular por sobre las colisiones. Las relaciones entre el Fr y la altura relativa h/d determinadas para esferas y sedimentos, indican que la velocidad de la cinta depende débilmente de la altura de escurrimiento. Estos resultados no concuerdan con los obtenidos en el canal de fondo fijo. En el canal de fondo deslizante, la aplicación al flujo de sedimento natural de las técnicas de velocimetría condujo a resultados que no concuerdan con las observaciones y mediciones visuales, lo que llevó a descartarlos para la determinación de los perfiles de velocidad. Esto no sucedió con el flujo de esferas plásticas, donde los perfiles de velocidad revelaron la influencia de las paredes ubicadas en los extremos del canal, generando esfuerzos confinantes del flujo y contribuyendo al comportamiento friccional de éste. Se postula que los resultados globales de este estudio están fuertemente influenciados por las paredes ubicadas en ambos extremos del canal, los que generan esfuerzos de confinamiento que constriñen el movimiento del flujo y afectan por lo tanto la estructura cinemática de éstos, cuestionando la validez del uso de instalaciones de fondo deslizante como transformación galileana del flujo generado en canales de fondo fijo.

Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Recursos y Medio Ambiente Hídrico / Ingeniero Civil / Las formas de fondo son ondas sedimentarias con una cierta periodicidad espacial y geometría definida. Su presencia condiciona la resistencia hidráulica y el transporte de sedimentos, por lo que resulta importante ser capaces de conocer bajo qué condiciones se forman y cuantificar sus características. En el presente trabajo se exponen resultados de un estudio experimental, donde se estudian las características de las ondas sedimentarias que se generan debido al flujo en presión y régimen laminar, de un fluido pseudoplástico en una tubería de sección cuadrada. La característica pseudoplástica del fluido busca reproducir el comportamiento no Newtoniano que adquieren algunas mezclas de agua con sedimento fino. Además del caudal, la instalación experimental permite controlar la pendiente de la tubería. Para la caracterización de las formas de fondo, se utiliza un sistema óptico de medición no intrusivo basado en un algoritmo conocido como perfilometría por transformada de Fourier, el cual fue corregido dada la refracción del haz de luz al entrar en la tubería. El método es capaz de medir características geométricas de la onda y su celeridad, a partir de lo cual es posible estimar el gasto sólido de fondo. Los principales resultados obtenidos de la investigación son: (1) La caracterización geométrica y temporal de las formas de fondo. Se encontró que las formas de fondo disminuyen su longitud para contrapendiente y aumentan su longitud para los casos en pendiente a favor, respecto de la condición horizontal. Además, para el rango de adimensionales estudiado, se obtuvo un crecimiento sostenido de la amplitud de las formas de fondo con el aumento de un número de Reynolds modificado. (2) La curva ajustada por Mantz en el diagrama de Shields sigue siendo válida si se utiliza un número de Reynolds de la partícula modificado que considera la viscosidad efectiva del fluido pseudoplástico y que extrae el efecto de pared. (3) Del estudio del factor de fricción asociado al lecho se demuestra y cuantifica el efecto de la forma de fondo, la cual influye en las pérdidas de energía aún en regimen laminar. Es decir, a pesar de que en régimen laminar no existe rugosidad hidrodinámica asociada al lecho de partículas, el factor de fricción asociado al lecho aumenta en presencia de formas de fondo, efecto que además depende de la pendiente de la tubería. / Este trabajo ha sido financiado por FONDECYT a través del proyecto de investigación N° 1130910 y la beca de Magíster en Chile, CONICYT - PCHA/Magíster Nacional / 2014 - 22141496

Submitted by maria angelica Varella (angelica@sibi.ufrj.br) on 2018-01-15T17:39:58Z No. of bitstreams: 1 134607.pdf: 980763 bytes, checksum: 3af679fbae80d521cb376403373b5104 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-01-15T17:39:58Z (GMT). No. of bitstreams: 1 134607.pdf: 980763 bytes, checksum: 3af679fbae80d521cb376403373b5104 (MD5) Previous issue date: 1974-03 / CAPES / Analisa-se o efeito do Vento Acústico sobre a difusão do KCl em água, em regime transitório. Resultados experimentais mostram uma redução substancial no tempo necessário para ser atingida a saturação do sal na água. Um modelo teórico é sugerido para a análise da circulação junto à interface água-KCl. A equação do Vento Acústico é resolvida para a velocidade de transporte de massa. Esta solução fornece um termo convectivo que e acoplado a equação da difusão. / An analysis is made of the effect of Acoustic Streaming upon the diffusion of KCl in water in a transient regime. Experimental results show a substantial reduction of the saturation time for diffusion of the salt in water. A theoretical model is suggested for the analysis of streaming adjacent to the water-KCI interface. The equation of the acoustic streaming is solved for the mass transport velocity. This solution gives a convective term to be added to thediffusion equation.

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / The processes of erosion and sedimentation in a watershed cause numerous problems. Knowledge of the amount of sediment transported by rivers is really important to planning and using water resources, since the damage caused by sediments depend on the amount and nature of them, which depend on the processes of erosion, transport and deposition. This study aimed to evaluate the sediment transport in the Vacacaí-Mirim River, through measured data in the cross-section in Restinga Sêca. Thus, it was possible to quantify the average of the sediment discharge in cross-section of the river; to characterize the particle size of the transported materials; to relate the sediment discharge (Qs) and liquid discharge (Q) to the hydraulic and geometric characteristics of the section; and to indicate the sediment discharge calculation method most suitable to estimate sediment transport. To calibrate the quality of collected data, it was used the Pearson correlation coefficient (r), and the index of dispersion (ID) presented by Aguirre et al. (2004), which is the average of the deviations between the calculated and measured values in the field. When it was related the Qs and Q to the hydraulic and geometric parameters of the section, it was found that Q had very strong correlation (r> 0.90) with the wet area, cross-sectional width, wetted perimeter, hydraulic radius and the stage of the section. The best fit to the Qs were using the stream stage and average depth of the flow.The sediment discharge of the river was almost all wash load. The wash load particle size distribution was 57.05% of silt, 39.81% of coarse clay and 3.14% fine sand. The greater coefficient of variation was found to diameter D90 (64.31% to bed material and 73.21% to drag material. Related to particle size analysis of the bed material, it was found a predominance of sand (97.21%) and silt (2.79%), which does not differ significantly from the drag material, 97.06% sand and 2.94 % silt. After determining the rating curve of sediments, it was possible to estimate the total average of sediments discharge for the considered period, which resulted in more than 182 tons of sediment per year for the considered section. Related to procedures used to evaluate the sediment discharge, Einstein modified method was which best fit the QST measure (ID = 0.07), followed by Colby (1957), Toffaleti (1969) with ID equal to 2.04 and 3.53, respectively. To estimate the bed load discharge, the best method was Meyer-Peter & Müller (1948), resulting in a ID equal to 7.02 followed by methods of Karim (1998), Van Rijn (1984) and Cheng (2002). The methods of Modified Einstein and Colby (1957), which incorporate measured data of suspended sediment concentration (SSC), resulted in better evaluations related to sediment discharge calculated and measured. Thus, it is recommended to measure SSC and subsequently applying these two methods to determine the sediment discharge in the Vacacaí-Mirim River. / Os processos de erosão e sedimentação em uma bacia hidrográfica trazem inúmeros problemas. O conhecimento da quantidade de sedimentos transportado pelos rios é de fundamental importância para o planejamento e aproveitamento dos recursos hídricos, uma vez que os danos causados pelos sedimentos dependem da sua quantidade e natureza, os quais por sua vez, dependem dos processos de erosão, transporte e deposição. O presente trabalho teve como objetivo principal avaliar o transporte de sedimentos no rio Vacacaí-Mirim, mediante coletas realizadas na seção transversal em Restinga Sêca. Com isso, foi possível quantificar a descarga sólida média na seção transversal do rio; caracterizar a granulometria dos materiais transportados; relacionar a descarga sólida (Qs) e líquida (Q) com as características hidráulicas e geométricas da seção; e indicar os métodos de cálculo de descarga sólida mais adequados para estimar o transporte de sedimentos. Para aferir a qualidade dos dados coletados, foi utilizado o índice de correlação de Pearson (r) e o Índice de Dispersão (ID) apresentado por Aguirre et al. (2004) que representa a média dos desvios entre os valores calculados e medidos a campo. Relacionando a Qs e Q com os parâmetros hidráulicos e geométricos da seção, verificou-se que a Q teve correlação muito forte (r>0,90) com a área molhada, largura da seção transversal, perímetro molhado, raio hidráulico e a cota da seção. Os melhores ajustes da Qs foram com a cota da régua e profundidade média do escoamento. O material em suspensão correspondeu quase que a totalidade da descarga sólida no rio. A composição granulométrica deste material foi de 57,05% silte, 39,81% de argila muito grossa e 3,14% de areia muito fina. Já para o material de leito e de arraste, o maior coeficiente de variação foi encontrado para diâmetro D90, 64,31% e 73,21%, respectivamente. Da análise granulométrica do material de leito, constatou-se a predominância de areia (97,21 %) e silte (2,79 %), o que não difere significativamente do material de arraste, 97,06% de areia e 2,94 % de silte. Após a determinação da curva-chave de sedimentos, foi possível estimar a descarga sólida total média para o período considerado, que resultou em mais de 182 mil toneladas de sedimentos ano para a seção considerada. Dos procedimentos empregados para avaliar a descarga sólida, o método Einstein modificado foi o que melhor se ajustou a QST medida (ID=0,07), seguido por Colby (1957), Toffaleti (1969) com ID igual a 2,04 e 3,53 respectivamente. Já para estimar a descarga sólida de fundo, o melhor método foi o de Meyer- Peter & Müller (1948), com ID igual a 7,02 seguido dos métodos de Karim (1998), Van Rijn (1984) e Cheng (2002). Os métodos de Einstein Modificado e Colby (1957), que incorporam dados medidos de concentração de sedimentos em suspensão (Css), resultaram em melhores avaliações com relação da descarga sólida calculada e medida. Assim, recomenda-se a realização de medidas de Css e posteriormente a aplicação destes dois métodos a fim de determinar a descarga sólida no rio Vacacaí-Mirim.

This paper presents the results of the sediment transport assessment in a small urban stream in Santa Maria city, RS. Liquid and solids discharges were measured and the bed material was collected during thirteen raining events, between December 2003 and November 2004. The laboratory tasks included the particle size analyses and the sediment concentration. The obtained data were used to evaluate the efficiency of the following methods: Einstein Modified by Colby and Hembree (1955), Colby (1957), Engelund and Hansen (1967), Yang (1973), Ackers and White (1973), Van Rijn (1984), Karim (1998) and Cheng (2002). It was done to estimate the solid discharge at the considered measurement section. Einstein Modified by Colby and Hembree (1955) and Colby (1957) are the methods that include measured data of the suspended sediment concentration and are the ones that presented the best results, they presented ratios between the calculated and measured discharge of 1.01 and 1.33 and dispersion index of 0.11 and 0.44, respectively. Considering the total sediment discharges indirect estimative methods, Yang was the one that presented the best results with ratios between the calculated and measured discharges of 1.41 and dispersion index of 2.23. Karim (1998) and Ackers and White (1973) presented satisfactory results, with ratios between the calculated and measured discharges of 0.65 and 0.59 and dispersion indexes of 3.06 and 3.20, respectively. Van Rijn (1984) method presented a ratio between the calculated and measured discharge of 3.53 and dispersion index of 9.37. The worst results were presented by Engelund and Hansen (1967) and Cheng (2002) methods with ratios between the calculated and measured discharges of 4.35 and 24.22 and dispersion indexes of 15.38 and 562.26, respectively. / Este trabalho apresenta resultados da avaliação do transporte de sedimentos em um pequeno rio urbano na cidade de Santa Maria, RS. Foram realizados trabalhos de medição de descargas líquidas e sólidas e coletado material de leito durante treze eventos chuvosos, entre Dezembro de 2003 e Novembro de 2004. Os trabalhos de laboratório consistiram em análises granulométricas e concentrações de sedimentos. Os dados obtidos foram utilizados para avaliar a eficiência dos métodos de Einstein Modificado por Colby e Hembree (1955), Colby (1957), Engelund e Hansen (1967), Yang (1973), Ackers e White (1973), Van Rijn (1984), Karim (1998) e Cheng 2002), para estimar a descarga sólida na seção de medição considerada. Os dois métodos que incorporam dados medidos de concentração de sedimentos em suspensão, Einstein Modificado por Colby e Hembree (1955) e Colby (1957), obtiveram os melhores resultados, com relações entre a descarga calculada e a descarga medida de 1,01 e 1,33 e índices de dispersão de 0,11 e 0,44, respectivamente. Dos métodos da estimativa indireta da descarga total de sedimentos, o método de Yang foi o que apresentou os melhores resultados com a relação entre a descarga calculada e a descarga medida de 1,41 e índice de dispersão de 2,23. Os métodos de Karim (1998) e Ackers e White (1973) apresentaram bons resultados, com as relações entre as descargas calculadas e as descargas medidas de 0,65 e 0,59 e índices de dispersão de 3,06 e 3,20, respectivamente. O método de Van Rijn (1984) apresentou relação entre a descarga calculada e a descarga medida de 3,53 e índice de dispersão de 9,37. Os piores resultados foram apresentados pelos métodos de Engelund e Hansen (1967) e pelo método de Cheng (2002), com relações entre a descarga calculada e a descarga medida de 4,35 e 24,22 e índices de dispersão de 15,38 e 562,26, respectivamente.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The equipment called ADCP / ADP (Acoustic Doppler Current Profiler / Acoustic Doppler Profiler) are being widely used in hydrometric for determining flow rates, due to faster handling and obtaining information from numerous cross sections analyzed in comparison to conventional methods. This current meter hydrostatic operation is similar to the search sonar and measuring the velocity of the stream of water on time interval and depth. Its operation is based on the principle of the Doppler effect, emitting sound waves in the water stream and a portion of these beams is reflected back to the source station and another part is absorbed by suspended sediments in the water and / or directed to points distinct source. Using this assumption, researchers are investigating if there is a possibility of relating information of sonorous intensity obtained by using ADP with SSC, thus enabling the determination of the solid discharge into waterways. To contribute to the research of the topic, this study sought to investigate this unknown in two distinct stages. The first step consisted of setting up an experimental apparatus consisting of a tank filled with water and a recirculation system. Different mixes of previously classified sands and soils were introduced into the reservoir, allowing for an artificially produced SSC. By using an ADP, concentrations were related to the different sediments while the intensity of the return signal was measured. The second stage investigation was conducted in the Vacacaí-Mirim River, which has natural flow conditions. It was sought to verify the use of ADP for turbidity, an alternative method for replacement of SSC. The general results of the laboratory analysis indicate that there is a relationship between the measure and the CSS echo measured by ADP, extracted from the average of the transducers. Only the results for Groups 1 and 2 showed low correlations and records echoes measured below the all samples collected. By applying the equations for the echos of adjustments resulting from measured samples of all groups, the linear fit showed 76% and 67% exponential fit of CSS calculated in the range of restrictive Factor 2, indicating the possibility of further assessment of sediment concentrations were obtained from eco measured by ADP. For field investigations, relating the echo with the turbidity, the results are promising, there was good correlation between the data with linear fit and 96% exponential 87% between tracks restrictive Factor 2, although few samples. In this step were identified limitations regarding the maximum value measured turbidity and this fact encourages further research on the subject. / Os equipamentos chamados de ADCP/ADP (Acoustic Doppler Current Profiler/ Acoustic Doppler Profiler) estão sendo amplamente utilizados na hidrometria para determinação de vazões, devido à rapidez de manuseio e na obtenção de inúmeras informações das seções transversais analisadas, em comparação aos métodos convencionais. Esse medidor de corrente hidrostático tem o funcionamento semelhante ao sonar e busca medir a velocidade da correnteza da água em intervalo tempo e profundidade. Seu funcionamento é baseado no princípio do efeito Doppler, emitindo ondas sonoras na corrente d água, sendo que uma parcela desses feixes é refletida de volta para a fonte emissora e outra parte é absorvida pelos sedimentos em suspensão na água e/ou direcionada a pontos distintos da fonte. Utilizando desta premissa, pesquisadores investigam se há a possibilidade de relacionar as informações de intensidade sonora obtidos com o uso de ADP com a concentração de sedimentos em suspensão, CSS, fato que possibilitaria a determinação da descarga sólida em cursos d água. A fim de contribuir para a pesquisa do tema, neste estudo buscou-se investigar esta incógnita em duas etapas distintas. A primeira etapa consiste na montagem de um aparato experimental composto de um reservatório preenchido de água e munido de um sistema de recirculação. Nesse reservatório foram introduzidas diferentes misturas, areias e solos previamente classificados, permitindo reproduzir artificialmente CSS. Com o uso de um ADP foram relacionadas às diferentes concentrações de sedimentos com a intensidade do sinal de retorno medido. Na segunda etapa investigativa, realizada no rio Vacacaí-Mirim, cujas condições de escoamentos são naturais, buscou-se a verificação do uso do ADP como um método alternativo para a avaliação da turbidez, que pode ser associada com a CSS. Os resultados gerais das análises em laboratório indicam que há uma relação entre a CSS medida e o eco medido pelo ADP, extraído da média dos transdutores. Somente os resultados obtidos nos testes com areias, apresentaram baixas correlações e registros de ecos medidos inferiores à todas as amostragens realizadas. Ao aplicar as equações de ajustes para os ecos medidos resultante das amostragens de areias e solos, o ajuste linear apresentou 76% e o ajuste exponencial 67% das CSS calculadas na faixa restritiva do Fator 2, ou seja, as CSS calculadas não ultrapassam duas vezes o valor de CSS medida seja para mais ou menos, indicando a possibilidade de futuras avaliações das concentrações de sedimentos serem obtidas a partir do eco medido pelo ADP. Para as investigações de campo, relacionando o eco com a turbidez, os resultados são promissores, houve boa correlação entre os dados, com ajuste linear 96% e exponencial de 87% entre as faixas restritivas do Fator 2, apesar de poucas amostragens. Nesta etapa foram identificadas limitações referentes ao valor máximo medido de turbidez e este fato incentiva novas pesquisas sobre tema.

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.

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.

A Área Portuária do Maranhão constitui-se no segundo maior complexo portuário da América Latina e um dos maiores do mundo em termos de movimentação de carga, com mais de 85 milhões de toneladas movimentadas em 2006, isto é mais de 15% da movimentação portuária anual do país. Tendo em vista a grande quantidade de informações disponíveis da região de estudo, o principal objetivo deste trabalho é caracterizar amplamente a circulação de correntes de maré e o transporte de sedimentos associado na área portuária do Maranhão através de modelação numérica com utilização do software MIKE 21 - módulos HD e ST. Os resultados obtidos no modelo hidrodinâmico permitiram verificar a eficiência do modelo em representar as características recirculatórias na área do PDM. De forma similar, o modelo de transporte de areia representou com fidelidade a evolução dos fundos e as taxas de sedimentação da área de estudo. Por fim, ressalta-se a importância de um trabalho como este em âmbito nacional, posto que é singular o acompanhamento detalhado da implantação de um grande complexo portuário, contribuindo para a redução do empirismo adotado nos projetos e operações portuárias. / Maranhão Harbour Area is the second biggest port complex in cargo handling of Latin America and one of the greatest of the world, with more than 85 million tons loading rate in 2006, which is more than 15% of the annual cargo handling of the country. Considering the great amount of available information of the study region, the main purpose of this work is to describe the tidal currents circulation and corresponding sediment transport in the Maranhão Harbour Area through numerical model applying the software MIKE 21 - HD and ST. The hydrodynamic model results permitted to check the accuracy of the model in reproducing the currents recirculation patterns in the area of PDM. The model of the sand transport reproduced with accuracy the bottom evolution and sedimentation rates. At last, it is important to emphasize this research in the national context, because is unique such continuous detailed Harbour Complex project improvement, contributing to reduce the simple empirical project and operation procedure.