Made available in DSpace on 2017-05-12T14:47:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Caroline Iost.pdf: 1234608 bytes, checksum: d5a0ddd1cd06d5366dc84b88a138a1dc (MD5) Previous issue date: 2008-02-12 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The objective of this work was to evaluate the influence of land use in the production of sediment and water quality of the micro basin of river Mandarina micro basin, located in the city of Cascavel-PR. The liquid discharge, the suspended sediment and the physic-chemical parameters dissolved oxygen (DO), electrical conductivity, pH, temperature of the water, turbidity, color, nitrate, nitrite, total nitrogen, total phosphorus was monitoring between the months January and August 2007 at the river's main. It was determined the curve-key of the liquid discharge and discharge of suspended solid, which showed good correlation (R2 equal to 0.98 and 0.93, respectively). The results indicated a low production of sediment, average of 0,27 t dia-1 and good water quality, because the parameters have not gone beyond the limits praised by Resolution 345/05 of CONAMA for rivers, Class 2, with the exception of dissolved oxygen in some collections was below 5 mg L-1, color and total phosphorus which also exceeded the limits stipulated. Agriculture is the predominant activity in the micro basin (88%) and water courses have about 79% of the area of riparian forest required by law. It is believed that the soil management in the area of agriculture with practices such as tillage and system of terraces, as well as the presence of riparian forest in rivers, influenced for the good quality water and low production sediment on the water. / O objetivo deste trabalho foi verificar a influência do uso do solo na produção de sedimento e na qualidade da água da microbacia hidrográfica da sanga Mandarina, localizada no município de Cascavel-PR. A vazão, o sedimento em suspensão e os parâmetros físico-químicos da água, oxigênio dissolvido (OD), condutividade elétrica, pH, temperatura da água, turbidez, cor, nitrato, nitrito, nitrogênio total e fósforo total foram monitorados entre os meses de janeiro e agosto de 2007, no principal rio da microbacia. Determinou-se a curva-chave da vazão e da descarga sólida em suspensão, as quais apresentaram boa correlação (R2 igual a 0,98 e 0,93, respectivamente). Os resultados indicaram uma baixa produção, média de 0,27 t dia-1 de sedimento e uma boa qualidade da água, pois os parâmetros não ultrapassaram os limites regidos pela Resolução 345/05 do CONAMA para rios de Classe 2, com exceção do oxigênio dissolvido que em algumas coletas esteve abaixo de 5 mg L-1, cor e fósforo total que também ultrapassaram os limites estipulados. A agricultura é a atividade predominante na microbacia (88%) e os cursos d água apresentam cerca de 79% da área de mata ciliar exigida por lei. Acredita-se que o manejo do solo na área agricultável com práticas como o plantio direto e sistema de terraços, assim como a presença de mata ciliar nos rios influenciaram para o boa qualidade da água e baixa produção de sedimento no curso d água.

O complexo estuarino-lagunar de Cananéia-Iguape vem sofrendo diversos impactos antrópicos desde à abertura do canal artificial Valo Grande, que alterou significativamente o setor Norte do sistema com o aumento da influência fluvial. O assoreamento da região, vem sendo um problema recorrente, impactando a pesca, o turismo e a navegação. Este trabalho visa entender a dispersão do aporte terrígeno na região a partir da modelagem numérica, com dados atualizados, para melhor reprodução da simulação no estuário. Os resultados do modelo mostraram altas concentrações dos componentes biogeoquímicos no setor Norte do sistema e baixa influência da maré, ocasionando alta retenção destes elementos na região. O setor Sul apresentou baixa influência do rio e alta influência marinha, com valores de silicato e fosfato dissolvidos e matéria inorgânica em suspensão dentro do esperado para um sistema estuarino preservado. O modelo apresentou um bom comportamento para a região, com bons resultados hidrodinâmicos e de qualidade da água. Ressalta-se a importância de um contínuo monitoramento da região e o uso de modelo para acompanhar o desenvolvimento geomorfológico e as alterações biogeoquímicas do estuário para auxiliar em medidas preventivas com o intuito de minimizar o impacto antrópico no sistema. / The estuarine-lagoon complex of Cananéia-Iguape has suffered several anthropic impacts since the opening of the Valo Grande artificial channel, which significantly altered the northern sector of the system with the increase of fluvial influence. The silting up of the region has been a recurrent problem, impacting fishing, tourism and navigation. This work aims to understand the dispersion of the terrigenous contribution in the region with numerical modeling and updated data, for better reproduction of the simulation in the estuary. The results of the model showed high concentrations of the biogeochemical components in the northern sector of the system and low tidal influence, causing high retention of these elements in the region. The southern sector showed low river influence and high marine influence, with expected values of dissolved silica and phosphate and inorganic suspended matter for a preserved estuarine system. The model showed a good behavior for the region, with good hydrodynamic and water quality results. It is emphasized the importance of continuous monitoring of the region and the use of a model to monitoring the geomorphological development and the biogeochemical alterations of the estuary to assist in preventive measures with the intention of minimizing the anthropic impact in the system.

Submitted by Cássio da Cruz Nogueira (cassionogueirakk@gmail.com) on 2017-03-16T13:13:43Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_PropostaOtimizacaoModelo.pdf: 2967207 bytes, checksum: 09c11dcb40323d2971c8c5bf94450590 (MD5) / Approved for entry into archive by Edisangela Bastos (edisangela@ufpa.br) on 2017-03-21T15:00:46Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_PropostaOtimizacaoModelo.pdf: 2967207 bytes, checksum: 09c11dcb40323d2971c8c5bf94450590 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-03-21T15:00:46Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Dissertacao_PropostaOtimizacaoModelo.pdf: 2967207 bytes, checksum: 09c11dcb40323d2971c8c5bf94450590 (MD5) Previous issue date: 2014-05-16 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Devido à carência de dados de vazão no Estado do Pará, a regionalização de curvas de permanência de vazões, apresenta-se como uma técnica importante, permitindo a estimativa de vazões em locais com dados insuficientes ou inexistentes. Assim, o presente trabalho visa propor a otimização de um modelo de regionalização de curvas de permanência de vazões para a região paraense. O modelo teve como base de dados 43 estações fluviométricas distribuídas no Estado do Pará. As curvas de permanência foram calibradas utilizando-se 5 modelos matemáticos de regressão: potência, exponencial, logarítmico, quadrático e cúbico. O modelo de regionalização foi estabelecido, usando-se a técnica de regressão múltipla. A variação espacial dos parâmetros dos modelos foi explicada em termos de área de drenagem, precipitação média anual, comprimento e desnível do rio principal. O modelo foi validado através do procedimento de Jack-knife. O melhor ajuste do modelo cúbico foi representado matematicamente pelos erros quadráticos relativos médios percentuais (ϵ%), coeficientes de Nash-Sutcliffe (Nash) e pelos ajustes gráficos das vazões simuladas e observadas. A otimização do modelo, seguindo o método da tentativa e erro, deu-se pelo agrupamento das estações por área de drenagem e pela inserção de estações sintéticas. O número de estações sintéticas inseridas no modelo foi avaliado pelo Root Mean Square Error (RMSE), coeficiente de Nash e pelo ϵ%. Para os grupos I e II o número ótimo de estações sintéticas, que se juntaram às já consideradas nos grupos, foi 6 e 3, respectivamente. No grupo III somente o método de agrupamento em relação às áreas de drenagem foi suficiente para um bom desempenho do modelo de regionalização. O bom desempenho do modelo calibrado, validado e otimizado demonstrou o potencial deste na estimativa das curvas de permanência dos rios que cortam o Pará. As coordenadas geográficas das estações sintéticas, que otimizaram o modelo, podem servir como sugestão para o poder público de onde instalar novas estações. O número de novas estações seria limitado aos resultados da otimização, racionalizando-se recursos e aproveitando o modelo desenvolvido para determinar curvas de permanência de vazão para todo o estado do Pará. Nesse caso, as novas estações instaladas, também ajudariam, futuramente, a melhorar o desempenho do modelo. / Due to lack of data flow in the State of Pará, the regionalization of streamflow duration curves, presents itself as an important technique, allowing the estimation of flow in sites with insufficient or no data. Hus, this paper aims to propose the optimization of a model of regionalization of streamflow retention curves for the Para region. The model was based on data at 43 gauged stations distributed in the state of Pará. The flow duration curves were calibrated using 5 regression models: power, exponential, logarithmic, quadratic and cubic. Regionalization model was established using the multiple regression technique. The spatial variation of each parameter was explained in terms of the drainage area, mean annual precipitation, length and slope of the main river. The model was validated using the Jack -knife procedure. The best fit of the cubic model was mathematically represented by the quadratic mean relative errors (ϵ%), coefficients of Nash-Sutcliffe (Nash) and the graphics settings the simulated and observed streamflow. The optimization model was achieved by insertion of synthetic stations and cluster stations by drainage area. The number of synthetic stations included in the model were evaluated by Root Mean Square Error (RMSE), the coefficient of Nash and the ϵ%. For groups I and II the optimal number of synthetic stations, who joined those already considered in the groups, it was 6 and 3, respectively. In group III only the clustering method in relation to drainage areas was sufficient for good performance of the regionalization model. The good performance of the calibrated, validated and optimized model demonstrated the potential of this in the estimation of retention curves of the rivers that cross the Para. The geographic coordinates of synthetic stations, which optimized the model can serve as a suggestion to the government where to install new stations. The number of new stations would be limited to the results of optimization, streamlining resources and building up the model developed to determine retention curves flow for the entire state of Para. In this case, the new installed stations, would also help in the future to improve the model performance.

Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de Minas Gerais / Wood carbonization process releases a large amount of non-condensable gaseous waste. In its composition, also called as biogas, three components can be highlighted: methane (CH4), carbon monoxide (CO) and carbon dioxide (CO2), these are the elements responsible for accelerating of the greenhouse effect. Biogas is usually discarded without having any kind of recycling. That can be an important alternative for financial gain when it is reinserted into the process or even used as a fuel. Moreover, when burned, it can reduce significantly the environmental impacts. An analytic equation of chromatographic calibration was developed in this study. Also a heating curve was created capable to reproduce a carbonization process of industrial wood in laboratorial conditions. Flow and chromatographic analysis of biogas resulted from wood carbonization process were performed, pointing and measuring in laboratorial scale two of its main components: methane (CH4) (1% of the total volume) and carbon monoxide (CO) (4% of the total volume). Finally, the study demonstrated that a quantity of energy discarded to the atmosphere can be higher than 16 GJ, presenting a contribution to an ecological view for the coal sector, providing the reduction of environmental impacts and hence economic benefits to the companies involved. / O processo de carbonização da madeira libera uma grande quantidade de resíduos gasosos não condensáveis. Na constituição deste resíduo, também chamado de biogás, destacam-se três componentes: metano (CH4), monóxido de carbono (CO) e dióxido de carbono (CO2), elementos responsáveis na aceleração do efeito estufa. O biogás, geralmente é descartado sem que haja algum tipo de aproveitamento. Essa pode ser uma alternativa importante para ganhos financeiros quando este é reinserido no processo ou até mesmo utilizado como combustível. Além disso, quando queimado, reduz significativamente os impactos ambientais causados. Neste estudo desenvolvida uma equação analítica referente a calibração cromatográfica. Foi desenvolvida uma curva de aquecimento capaz de reproduzir o processo de carbonização da madeira industrial em laboratório. Foi realizada uma análise da vazão e cromatográfica do biogás resultante do processo de carbonização da madeira, identificando e mensurando em escala laboratorial dois de seus principais componentes metano (CH4) (1% do volume total) e monóxido de carbono (CO) (4% do volume total). Por fim, o estudo mostrou a quantidade de energia descartada à atmosfera pode ser superior a 16 GJ e com isso apresenta uma contribuição para vertentes sustentáveis do setor carvoeiro, proporcionando a redução dos impactos ambientais e consequentemente, possíveis ganhos econômicos às empresas envolvidas. / Doutor em Engenharia Mecânica

Esse trabalho identificou, testou e aprimorou modelos de propagação de vazão simplificados a fim de verificar as vantagens e desvantagens dos modelos. As soluções apresentadas por esses modelos foram testadas com um modelo hidrodinâmico completo, considerado nesse trabalho como resultados ideias. Os modelos hidrodinâmicos simplificados testados foram: Um modelo não linear de Onda Cinemática, o modelo Muskingum-Cunge linear, duas versões do modelo Muskingum-Cunge não linar, o modelo Muskingum-Cunge modificado por Todini e o modelo IPHS1. O modelo hidrodinâmico completo utilizado nesse trabalho foi o modelo HEC-RAS. Desenvolveu-se ainda uma metodologia para representar o efeito da planície de inundação. Essa metodologia foi implementada nos modelos hidrodinâmicos simplificados. Para avaliar o comportamento dos diferentes modelos de propagação disponíveis foram criados testes numéricos em que foram aplicados os diferentes modelos, com variação de características dos hidrogramas sintético de entrada, das características do leito do rio e da planície de inundação, e dos critérios de discretização temporal e espacial. A avaliação dos resultados foi feita através dos erros de conservação de volume, de vazão de pico e de tempo de ocorrência da vazão de pico. Além disso, também foram considerados, em alguns testes, os critérios de aplicabilidade de Ponce para onda cinemática e difusão além da formulação do Δx ideal proposto por Fread. Os resultados mostram que o modelo Muskingum-Cunge Todini, modificado para representar o efeito da planície de inundação, é muito promissor. Esse modelo apresentou resultados que se aproximaram muito dos resultados obtidos pelo HEC-RAS, enquanto os outros modelos hidrodinâmicos simplificados apresentaram resultados piores. Com relação aos critérios de aplicabilidade, recomenda-se o uso de um Δx três vezes menor do que o valor sugerido por Fread. Além disso, pode-se concluir que os modelos simplificados podem ser utilizados fora dos limites de aplicabilidade sugeridos por Ponce. / This work has identified, tested and improved simplified flood routing models to verify the advantages and disadvantages presented. The solutions provided by these models were tested by using a full hydrodynamic model considered in this work as an ideal result. The simplified hydrodynamic models used were: A variable parameter kinematics wave model, the Muskingum-Cunge flood routing model, the variable parameter Muskingum-Cunge flood routing model (three and four points scheme) the Muskingum-Cunge modified by Todini (MCT) and the model IPHS1. The full hydrodynamic model used was HEC-RAS. It was also proposed a procedure to represent the effect of the floodplain rivers. To evaluate the behavior of different flood routing models numerical tests were created and were applied to then. The characteristics of synthetic inflow hydrographs, the characteristics of riverbed and floodplain, and the criteria for temporal and spatial discretization were perturbed. The evaluation of the results was made through the errors of conservation of volume, peak flow and time of occurrence of peak flow. Moreover, it was also considered, in some tests, applicability criteria recommended by some authors for different models, such as models of kinematic flood wave and diffusive flood wave. The results show that the Muskingum Cunge Todini, modified to represent the effect of the floodplain flow is very promising. Finally, it is also shown that this model closely approaches the full Saint Venant equation solution (HEC-RAS). The others models were worse than HEC-RAS and MCT. About applicability criteria, it recommends the use of the Δx three times smaller than the value suggested by Fread. Moreover, the simplified hydrodynamic models can be used outside limits of applicability suggested by Ponce about kinematic and diffusive wave.

A pressão exercida sobre os recursos hídricos nas ultimas décadas, principalmente por setores como irrigação, abastecimento público, indústria e geração de energia tem sido um dos principais fatores para ampliar as bases de discussão sobre a importância da manutenção de uma parcela de água nos rios para garantir a sua integridade ecológica. Vazão ecológica foi o termo utilizado neste trabalho para definir a parcela a ser mantida nos cursos d’água, para esse fim. Dessa forma, este trabalho tem como objetivo avaliar as limitações do critério de vazão ecológica do Estado do Tocantins, tendo como estudo de caso as Pequenas Centrais Hidrelétricas - PCHs Agrotrafo e Palmeiras na bacia hidrográfica do rio Palmeiras-TO, a qual reúne condições adequadas para o escopo do trabalho, além de ser o único dos sete aproveitamentos hidrelétricos do rio Palmeiras a gerar energia a partir de um Trecho de Vazão Reduzida – TVR, é atualmente a bacia com maior vocação para a geração de energia no Estado. Para alcançar o objetivo proposto para o trabalho, a metodologia foi dividida em três etapas: a) levantamento das características das PCHs Agrotrafo e Palmeiras, b) levantamento da caracterização e limites de uso e manutenção de água na bacia, c) disponibilidade de informações hidrológicas a serem utilizadas. A partir da aplicação da metodologia foi possível identificar quatro categorias de limitações: i) limitações de ordem hidrológica, neste caso como a vazão de referência para outorga é um valor fixo com base na Q90, em determinadas épocas do ano, inclusive em período de cheia, a vazão natural é menor que a Q90; ii) limitações de ordem econômica, que indicam que caso o órgão outorgante estadual resolva seguir com rigor o que estabelece o critério de vazão ecológica, onde cada usuário tem direito de captar 25% de 75% da Q90 haveria uma drástica redução da energia a ser gerada em Agrotrafo e Palmeiras, podendo tornar o aproveitamento inviável economicamente; iii) limitações de ordem ambiental, considerando que a vazão ecológica com base em um valor fixo não leva em consideração aspectos da sazonalidade do regime de vazões, podendo haver um intenso desequilíbrio, principalmente no TVR, afetando hábitos alimentares e de migração espécies de peixes e organismos aquáticos, bem como comunidades ribeirinhas, aspectos paisagísticos e prática de esportes de corredeiras; e, iv) limitações de ordem legal ao não estabelecer uma solução operacional viável quando há disputa entre usuários, principalmente quanto à ordem de prioridade dos usos. / The pressure on the water resources in the last decades, mainly by sectors as irrigation, utility, industry and energy generation have been one of the main factors to enlarge the basis for discussion about the importance of maintaining a portion of water in rivers to ensure its ecological integrity. Ecological flow was the term used in this work to define that portion to be maintained in watercourses. That way, this work is aiming to evaluate the criteria limitations for ecological flow in Tocantins, taking as a case study on the Small Hydroelectric Centrals – “Agrotrafo” and “Palmeiras” in Palmeiras – TO river watershed, which meets appropriate conditions for the work scope, besides being the only one of seven hydropower recoveries in Palmeiras river, to generate energy from a reduced flow section – RFS, and nowadays it`s the watershed with greater vocation for energy generation in Tocantins. To achieve the proposed goal for the work, the methodology was divided into three stages: a) characteristics survey of SHC – “Agrotrafo” and “Palmeiras”; b) characterization survey, use limits and water maintenance in the watershed; c) availability of hydrologic information to be used. From the methodology application was possible to identify four limitations categories: i) hydrologic limitations, in this case as the flow reference for the grant is a fixed value based on “Q90”, at certain times of the year, including in flood times, the natural flow is less than “Q90”; ii) Economic limitations, indicating that if the state licensing agency decides to follow rigorously what establishes the criteria for ecological flow, where each user is entitled to capture 25% of 75% from “Q90” would be a drastic energy reduction to be generated in “Agrotrafo” and “Palmeiras”, can make use uneconomical; iii) Environmental limitations, considering that the ecological flow based on a fixed value does not consider flow regime seasonality, there may be an intense imbalance especially in RFS, affecting feeding habits and migration, fish species and aquatic organisms, as well as riparian communities, landscapes features and river sports; and iv) legal limitations by failing to establish a viable operational solution when there is contention among users, especially regarding the order of uses priority.

As estimativas de chuva por meio do sensoriamento remoto são, atualmente, fonte potencialmente útil para as mais diversas aplicações hidrológicas e climatológicas, especialmente em regiões onde as medições convencionais são escassas, como a Amazônia. Neste trabalho, foram analisadas as estimativas de chuva por satélite como variáveis de entrada ao modelo hidrológico MGB-IPH (Collischonn, 2001). Este modelo simula o ciclo hidrológico através das relações físicas e conceituais de todo processo, sendo os produtos de chuva por satélite avaliados o 3B42, 3B42RT e CMORPH. A primeira área de estudo é a bacia do rio Huallaga localizada dentro do território do Peru, região caracterizada por ter uma topografia complexa e pertencente a uma das nascentes do rio Amazonas. A segunda avaliação foi feita para a bacia do rio Amazonas, sendo esta caracterizada por ter uma grande variabilidade climatológica a diferentes altitudes e regimes hidrológicos diferentes, além de uma pobre distribuição de postos pluviométricos. No caso da bacia do rio Huallaga foram realizadas comparações da chuva média estimada por satélite com observada em intervalos de tempo diário, mensal, sazonal e anual. Estes resultados mostram que os produtos 3B42 e CMORPH subestimam valores médios da bacia comparada com chuva média ponderada por pluviômetros. Na simulação da bacia do rio Huallaga se efetuaram calibrações dos parâmetros para cada fonte de chuva resultando com melhor ajuste de vazões máximas para o produto CMORPH e pior ajuste para o produto 3B42, estes ajustes melhoraram para a chuva do produto CMORPH corrigido com estações pluviométricas. Por outra parte, no caso de análises da bacia do rio Amazonas, foi calculada a chuva média anual para os três produtos de satélite (3B42, 3B42RT e CMORPH), os resultados mostraram maior chuva média a favor de CMORPH, seguido de 3B42RT e finalmente o produto 3B42. A simulação da bacia do rio Amazonas mostrou melhores coeficientes de Nash-Sutcliffe com o produto 3B42 em várias estações do Brasil. Com o produto 3B42RT mostram melhores coeficientes nas estações localizadas na rede principal do rio Amazonas, e com o produto CMORPH mostrou melhores coeficientes em algumas estações como na bacia dos rios Tapajós (Brasil) e Urubamba (Peru). / Currently, satellite rainfall estimates using remote sensing are a potential source of information for hydrological and climatological applications. It applies mainly for regions where conventional measurements are scarce such as the Amazon Basin. In this work, the satellite rainfall estimates were analyzed as input variables to the hydrological model MGBIPH (Collischonn, 2001). This model simulates the hydrological cycle through physical and conceptual relationships where products 3B42, 3B42RT and CMORPH are evaluated. The first evaluation case corresponds to the Huallaga basin located in Peru, being one of the current Amazon highlands characterized by a complex topography. The second evaluation case corresponds to the Amazon basin characterized by a great climatological variability at different altitudes, different hydrological regimes and poor distributions of raingauges. In the case of the Huallaga River basin, comparisons were made between the estimated average satellite rainfall and the observed rainfall for different intervals of time (daily, monthly, seasonal and annual). These results show that the products 3B42 and CMORPH underestimate the basin average rainfall when compared with the weighted average of raingauge measurements. During the Huallaga basin simulation, calibrations of some parameters for each rainfall data were realized. Obtaining the best and worst fitting results with the CMORPH and 3B42 products for the case of maximum discharges, respectively. This rainfall fitting improves for the CMORPH product when raingauge corrections are included. On the other hand, the annual average rainfall value was obtained for each satellite product (3B42, 3B42RT e CMORPH) for the analysis of the Amazon basin. In this calculation, the greater results for the annual average rainfall values are obtained in the following order CMORPH, 3B42RT and 3B42. Moreover, this simulation seems to yield best Nash-Sutcliffe coefficients for the 3B42 product for various Brazilian stations. For stations located in the main stream of the Amazon River the Nash-Sutcliffe coefficients obtained with the 3B42RT product are the best. The CMORPH product yield the best coefficients for the stations located in Tapajós (Brazil) and Urubamba (Peru) basin.

Submitted by Emanuel Varela Cardoso (emanuel.varela@ufcg.edu.br) on 2018-10-02T17:57:26Z No. of bitstreams: 1 ÉRICA CRISTINE MEDEIROS NOBRE MACHADO - TESE (PPGRN) 2011.pdf: 17954515 bytes, checksum: b35d0135e20bba39c63bddd9139d873a (MD5) / Made available in DSpace on 2018-10-02T17:57:26Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ÉRICA CRISTINE MEDEIROS NOBRE MACHADO - TESE (PPGRN) 2011.pdf: 17954515 bytes, checksum: b35d0135e20bba39c63bddd9139d873a (MD5) Previous issue date: 2011-09-20 / CNPq / Esta tese parte do pressuposto de que, à luz da atual gestão dos recursos hídricos no Brasil, os critérios de determinação da vazão máxima outorgável são bastante restritivos, o que provoca descontentamentos e gera conflitos. Além de basear-se em critérios restritivos, a própria variabilidade do clima impõe modificações nas disponibilidades hídricas, de modo que, em períodos de vazões superiores à outorgável, há um excedente de vazão que fica indisponível para a produção de riquezas sociais. Nesta tese argumenta-se que esta vazão excedente pode ser alocada entre os usuários, minimizando os prejuízos decorrentes da não utilização desta. Dessa forma, além de prover um melhor aproveitamento dos recursos hídricos, a alocação de uma parcela variável da disponibilidade hídrica surge como uma estratégia de adaptação à variabilidade climática. Contudo, admite-se que o desenvolvimento de um sistema de apoio à decisão para alocação da vazão excedente não é tarefa fácil, posto que é necessário o envolvimento e a integração de inúmeras variáveis e métodos, os quais devem ser estruturados e acoplados em um modelo de otimização apropriado; e é necessária a adoção de uma abordagem multiobjetiva integrada aos instrumentos de gestão dos recursos hídricos, de modo a suprir as lacunas existentes sem violar os critérios e preceitos estabelecidos em lei. Nesta tese é proposta uma metodologia para a otimização da alocação interanual da vazão excedente em uma bacia hidrográfica através de um algoritmo evolucionário multiobjetivo, no qual foram inseridas adaptações e operadores de reprodução específicos para incorporar as restrições do problema e contornar os obstáculos apresentados. Além de considerar diferentes usos, conservativos e de diluição, e de ser intertemporal e integrada, tanto quali-quantitativamente quanto espacialmente na bacia, o algoritmo evolucionário foi desenvolvido com o propósito de ser facilmente acoplado a modelos que representem a modelagem hidrometeorológica da bacia hidrográfica, e ser facilmente adaptável para cenários de racionamento (vazão excedente nula ou negativa). A metodologia foi avaliada na bacia hidrográfica do rio Gramame, no Estado da Paraíba e a análise incluiu a aplicação da metodologia em dois cenários hipotéticos de previsão probabilística de precipitação: acima da média histórica e abaixo da média histórica, o que permitiu avaliar o comportamento do modelo de otimização em situações de alocação da vazão excedente e de racionamento da vazão outorgada. Também foi analisado o comportamento do modelo frente à adoção de estratégias com a flexibilização dos valores de vazão ecológica e da concentração de DBO5 admissível nos corpos receptores da bacia. As propostas de alocação encontradas foram ainda avaliadas quanto a sua robustez frente a mudanças nos valores médios históricos das variáveis hidrológicas da bacia, as quais podem ser provocadas por uma alteração climática ou mesmo ser resultantes das incertezas associadas. Os resultados obtidos indicam boas perspectivas de sucesso da metodologia apresentada, uma vez que, tanto nos cenários de racionamento quanto nos cenários de alocação do excedente, o algoritmo progrediu em direção à Fronteira de Pareto, buscando, nesta fronteira, as regiões de viabilidade, quando existia, ou de menores ocorrências de alarmes. / This work assumes that, in Brazil, water rights concession criteria are very restrictive, generating conflicts among users. In addition, the climate variability causes changes in water availability, so that in periods of higher flows, there is an excess discharge that is unavailable for the production of social wealth. This Thesis argues that the discharge surplus could be allocated among users, then minimizing losses due to not using it; the allocation can be defined annually, so that to consider the inter-annual variability of the hydrological variables. The allocation of a variable amount of water availability provides a better utilization of water resources, and is an adaptation strategy to cope with climate variability. However, it is true that the development of a decision support system for allocating the surplus discharge is not simple, because it is necessary the involvement and integration of many variables and methods that must be integrated in an appropriate optimization model. The approach should also be multiobjective and multicriteria and should be integrated with the water resources management law, in order to fill the gaps without violating the existing rules. Thus a methodology is proposed for optimizing the allocation of surplus discharge in a basin through a multiobjective evolutionary algorithm in which adaptations and reproduction operators were inserted to incorporate the specific constraints of the problem and overcome the obstacles presented. In addition this evolutionary algorithm was developed in order to be easily coupled to other models and be easily adaptable to scenarios of rationing (zero or negative surplus discharge). The methodology was evaluated in the Gramame river basin, in the state of Paraiba, which is already presenting evidence of greater demands than availability. The analysis included two hypothetical scenarios of probabilistic forecasts of precipitation: one above-normal forecast and one below-normal forecast; they allowed the assessment of the behavior of the optimization model in situations of allocating the surplus discharge as well as rationing when necessary. We also analyzed the behavior of the model with the adoption of management strategies with the flexibility of environmental flow values and allowable BOD concentration. The robustness of the allocation strategies were evaluated against changes in historical hydrological variables, which may be caused by climate change or even be the result of uncertainties. The results show that the algorithm proved to be adequate, presenting convergence for the most viable regions of Pareto Front.

Orientadora: Profa. Dra. Andrea de Oliveira Cardoso / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Tecnologia Ambiental, 2016. / Devido à importância do conhecimento das variações da vazão de rios para o planejamento dos usos múltiplos da água, este mestrado objetiva explorar as influências remotas do clima, via padrões de variabilidades climáticas, e regionais, via precipitação e vazão em bacias de contribuição. Para tanto, foram desenvolvidos modelos empíricos de previsão de vazões mensais na parte baixa da Bacia Hidrográfica do Rio Paraná (BHRP), mais especificamente onde está localizada a Usina Hidrelétrica (UHE) de Itaipu. Visando garantir séries históricas longas e completas, necessárias para construção de modelos empíricos, os dados de precipitação foram tratados de forma a identificar dados duvidosos e preencher dados faltantes. Além disso, os dados de precipitação foram interpolados, pelo método de Krigagem ordinária, e posteriormente, regionalizados, através de Análise de Cluster, visando diminuir o número de séries inseridas no modelo, mantendo regiões com padrões distintos. O modelo empírico utilizado foi o de Regressão Linear Múltipla, sendo aplicado para estimativas de vazão em Itaipu com defasagens variando de 1 a 4 meses, considerando todos os meses consecutivos (modelo geral). Também foram desenvolvidos modelos mensais, para cada mês do ano, separadamente, com defasagens variando de 1 a 12 meses. Para o desenvolvimento dos modelos, considerou-se o período de 1980 a 2000 para calibração e o período de 2001 a 2010, para validação. Estes modelos foram testados com diferentes grupos de preditores, tais como: índices climáticos; precipitação em regiões pluviométricas homogêneas; vazão em pontos a montante e na UHE Itaipu; e o conjunto de todos os preditores anteriores. Por meio do método stepwise foram selecionados os preditores mais significativos, sendo destacados os seguintes preditores: índices do El Niño Oscilação Sul e de anomalias de temperatura da superfície do mar no Atlântico Tropical Sul; precipitação em regiões ao sul da BHRP; e a própria vazão em Itaipu defasada. Os modelos foram validados, indicando de um modo geral maior desempenho nas defasagens mais curtas, quando considerados os preditores de vazão e precipitação, sendo que para os meses de janeiro, julho e agosto, a precipitação tem maior contribuição. Nas defasagens mais longas, verificou-se que o melhor desempenho, ocorre para o modelo considerando somente os índices climáticos, mas na maioria dos casos os extremos não são bem capturados, exceto nos meses de abril, junho e julho. Portanto, os resultados deste estudo demonstram a importância de serem consideradas as influências remotas do clima nas estimativas de vazão, principalmente para previsões de mais longo prazo. / Given the importance of knowledge of river flow variations to the planning of multiple uses of water, this objective masters explore the remote climate influences, though patterns of climate variability, and regional, though precipitation and flow in contribution of basins. Therefore, were developed empirical models of monthly streamflow in the lower of basin the Parana River (BHRP) at the site Itaipu Dam. In order to ensure long and complete historical series, necessary for building empirical models, the rainfall data were analyzed in order to identify unreliable data and fill out incomplete sets. Furthermore, the precipitation data were interpolated by the method kriging ordinary and subsequently regionalized through the cluster analysis, in order to reduce the number of inserted in series model, keeping regions with different patterns. The empirical model used was of multiple linear regression to estimate streamflow in Itaipu with period lagged by 1 to 4 months considering all consecutive months (general model). Also monthly models were developed for each month of the year, separately, with period lagged by 1 to 12 months. For the development of the models, it was considered the period from 1980-2000 for calibration and the period from 2001-2010, for validation. These models were tested with different groups of predictors as: I) only the lagged climate indices; II) only precipitation in homogeneous rainfall regions; III) only flow at upstream points and even the streamflow of Itaipu; IV) and the set of predictors cited I, II and III. Through stepwise method the most significant predictors were selected, being highlighted the best predictors: the contents of the El Niño Southern Oscillation and temperature anomalies of the sea surface in the tropical South Atlantic; rainfall in areas south of BHRP; and proper streamflow lagged in Itaipu. The models were validated, indicating generally higher performance in shorter lags, when considered predictors of flow and precipitation, except for the months of january, july and august, where precipitation has greater contribution. In the longer lags, it was found that the best performance is for the model considering only the climate indices, but in most extreme cases is not captured, except in april, june and july. Therefore, the results of this study demonstrate the importance of considering the remote climate influences on flow estimates, especially longer-term forecasts.

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