Esta pesquisa tem como objetivo avaliar a relação existente entre o comportamento anual dos oceanos e o da vazão na Bacia do Rio São Francisco, Brasil, para o período de 1968 a 2004. Foram construídos modelos de regressão linear múltipla para simular o valor da vazão anual em Ponte da Taquara, Alto São Francisco, com base em índices climáticos e no valor médio da Temperatura da Superfície do Mar (TSM) em áreas específicas dos oceanos Pacífico e Atlântico. Os índices climáticos considerados foram a Oscilação Decadal do Pacífico (ODP), Indice de Oscilação Sul (IOS) e anomalias de TSM nas regiões de Niño. Os padrões oceânicos de correlação linear entre a TSM do Pacífico e a vazão dos postos do Alto São Francisco e o Médio São Francisco, indicam valores positivos em toda a costa oeste da América do Norte e do Sul e região equatorial e fortes sinais negativos na costa leste da Ásia e Austrália. Este padrão é bastante semelhante ao padrão espacial do primeiro modo obtido pela aplicação de análise multivariada à TSM no Oceano Pacífico, que é associado à Oscilação Multidecadal do Pacífico. A consideração de defasagem mensal no cálculo do coeficiente de correlação linear entre os valores de vazão e TSM indicam que a TSM dos meses mais próximos ao da vazão têm maior potencial para serem considerados como seus preditores. Observa-se a diminuição da correlação linear entre TSM do Pacífico e a vazão dos postos do Médio e Baixo São Francisco em relação aos postos do Alto São Francisco. O que sugere que o Oceano Pacífico apresenta maior influência na variabilidade da vazão nos postos localizados mais ao sul da Bacia do São Francisco. Por outro lado, observa-se o aumento dos valores do coeficiente de correlação linear no Atlântico Sul principalmente para a vazão dos postos do Médio e Sub-Médio, indicando possivelmente a maior influência do Oceano Atlântico na vazão de postos localizados mais a nordeste da bacia hidrográfica considerada. O padrão oceânico indicado pelos valores de correlação linear entre a TSM e os postos do Sub- Médio São Francisco indica a presença de um dipolo meridional, com anomalias negativas e positivas na bacia do Atlântico Sul tropical e subtropical. O IOS e ODP apresentam maior valor de correlação para a vazão observada no Alto e Médio São Francisco. As regiões selecionadas nos oceanos Pacífico, Atlântico e Índico e os índices Niño1+2, Niño 3 e Niño 4 para a construção do modelo linear para a simulação da vazão anual suavizada explicam 96% da variância total da vazão. No caso da vazão sem suavização as variáveis selecionadas pelo modelo elaborado explicam 52% da variância total. O padrão atmosférico anômalo associado aos dois primeiros subperíodos da vazão em Ponte da Taquara, de 1968 a 1978 e de 1979 a 1988, caracterizados em média por anomalias negativas e positivas, respectivamente, apresenta condições atmosféricas específicas às anomalias observadas da vazão. Em geral, anomalias negativas (positivas) de vazão em Ponte da Taquara são acompanhadas por ODP negativa, com anomalias negativas (positivas) de TSM no Pacífico Equatorial. / This research concerned to propose a valuation about the relationship between annual oceanic behavior and river outflow at São Francisco Hydrographic Basin, in Brazil, for the period from 1968 to 2004. Linear model based on multiple regression were built for annual river outflow at Ponte da Taquara, located at High São Francisco sub-basin. Climatic indexes and Sea Surface Temperature (SST) averages for selected areas over Pacific and Atlantic oceans were taken as independent variables in the modeling. Pacific Decadal Oscillation (PDO), Southern Oscillation Index (SOI) and SST anomalies at the Niño regions were also considered as independent variables in the modeling. The specific oceanic areas were selected through linear correlation calculation between river outflow at High São Francisco and SST. Oceanic patter represented by linear correlation between Pacific SST and river outflow at High São Francisco and Medium São Francisco shows positive values throughout the west coast of North and South America and the equatorial areas and, high negative values at oceanic areas to the east of Asia and Australia. This patter is quite similar to that obtained as the first mode of multivariate analysis applied over Pacific basin, and is related to the PDO. The consideration of temporal lag between SST river outflow monthly values showed that the smaller interval provide the best linear correlation. Linear correlation patter over Pacific is more significant for river outflow observed at the southern area of São Francisco Basin in relation to those located at northern areas. This aspect suggests that Pacific Ocean plays a more significant role to determination of river outflow observed at the south of the hydrographic basin. On the other hand, linear correlation values are greater at South Atlantic when river outflow for Sub-Medium São Francisco is considered. This result suggests that South Atlantic Ocean can play a greater role for the determination for climatic variability for river outflow observed at northern areas of São Francisco Basin. The oceanic correlation pattern for South Atlantic Ocean also shows a dipole mode, between tropical and subtropical latitudes, for fluvial stations located at the northern areas of the hydrographic basin. SOI and PDO present greater correlation values for river outflow observed at High and Medium São Francisco Basin. Ocean Pacific, Atlantic and Indian and the indexes Niño1+2, Niño 3 e Niño 4 variables, selected for the linear model elaboration to river outflow simulation, explain 96% of the total variance. In the case of not smoothed data, the variance explained by the linear model is equal to 52%. The atmospheric averaged patterns for the considered two first subperiods, from 1968 to 1978 and from 1979 to 1988, that are characterized by negative and positive river outflow anomalies at High São Francisco, present atmospheric conditions closely related to the observed river outflow anomalies. In general, river outflow negative (positive) anomalies at High São Francisco are related to negative PDO and SST negative anomalies (positive) at equatorial Pacific.

Sistemas de irrigação localizada são conhecidos pela economia no consumo de água. No entanto, por ser um sistema de rede fixa, os custos de instalação e de operação tendem a ser elevados e sua utilização inibida. O presente trabalho teve como objetivo principal otimizar redes de distribuição de água para irrigação localizada, frente a diferentes configurações de declividade do terreno (0% a 5%) e tarifação de energia elétrica (0,0884 R$/kW a 0,2652 R$/kW) e água (0,01 R$/\'M POT.3\' a 0,10 R$/\'M POT.3\'. As variáveis de decisão para otimização, com auxílio de algoritmos genéticos, foram os diâmetros de cada trecho da rede, pré-definidos por: dois para linhas laterais, quatro para linhas de derivação, quatro para linhas secundárias e um para linha principal. Foi desenvolvido um código em MatLab, considerando todas as perdas de energia distribuídas e localizadas entre o início da rede e o conjunto motobomba para uma rede de irrigação localizada padrão. A vazão em marcha ao longo das linhas laterais foi representada pela vazão de serviço de cada emissor. No final executou-se uma análise de sensibilidade. Os resultados mostram que o custo da rede varia entre 1816,42 a 2312,13 R$/ha.ano. Observa-se que o aumento da declividade do terreno e da tarifa de energia elétrica diminui o custo proporcional com equipamentos e aumenta o custo total anualizado da rede de irrigação e o custo proporcional com energia elétrica. / Low-pressure irrigation systems are known for the economical advantage in water consumption. However, the installation and operation costs tend to be high and its use inhibited. The present work has the objective to optimize distribution water networks in low-pressure irrigation systems with respect to different configurations of land declivity (between 0% and 5%), electric energy cost (between 0.0884 R$/kW and 0.2652 R$/kW) and water cost (between 0.01 R$/\'M POT.3\' and 0.10 R$/\'M POT.3\'. The decision variable for optimization, with genetic algorithms, was the diameter of each stretch of the network, predefined as: two options for drip lines, four for derivation lines, four for secondary lines and one for main line. An optimization code was developed in MatLab, considering all the distributed and punctual energy losses between the network beginning and the pumping device for a low-pressure irrigation standard network. The outflow rate throughout the drip lines was represented by the service outflow of each emitter. Finally a sensitivity analysis was executed. The results show that the network cost varies between 1816.42 and 2312.13 R$/ha.year. The increase of the slope land and the tariff of electric energy diminishes the proportional cost with equipment and increases the total cost of irrigation network and the proportional cost with electric energy.

A modelagem hidrológica quando associada aos recursos do sensoriamento remoto e do geoprocessamento torna-se uma ferramenta importante, pois é capaz de estabelecer diferentes cenários da cobertura e do uso da terra e suas implicações na drenagem urbana, auxiliando no planejamento urbano. Entretanto, a relação entre o modelo chuva x vazão e tais técnicas, com finalidade de avaliar classificadores de imagens a partir de hidrogramas de cheia não foi encontrada na literatura, tornando esse o objetivo principal desta tese. Para isso, foram utilizadas três imagens de satélite de diferentes resoluções espaciais (0,5m, 5m e 15m) e três algoritmos classificadores (Máxima Verossimilhança, Máquinas Vetores Suporte e Análise Orientada a Objeto) e formados conjuntos denominado \"classificador-imagem\" para classificação da cobertura e do uso da terra. As áreas das classes dos usos da terra de cada conjunto \"classificador-imagem\" e os valores de Curve Number foram os principais dados de entrada do modelo chuva-vazão NRCS, que permitiu gerar os hidrogramas de cheia para cada caso. Os hidrogramas simulados foram comparados aos hidrogramas observados na bacia e avaliados, quanto a sua representatividade, pelo coeficiente de Nash Sutcliffe. As classificações do uso da terra foram avaliadas pelo Índice Kappa, com valores de 0,58 a 0,99 e pela Exatidão Global, com valores de 0,64 a 0,99. Para as vazões, o coeficiente de Nash Sutcliffe foi considerado satisfatório (NS<0,50) em duas simulações e, nas demais simulações, considerado muito bom (NS>0,75). Para fornecer subsídio a tomada de decisão, foi realizada uma análise multicritério dos conjuntos classificador-imagem, que permitiu classificar os conjuntos com maior desempenho: 1°) o classificador SVM e a imagem Landsat-8; 2°) o classificador MaxVer e a imagem WordView-II; 3°) o classificador NN e a imagem RapidEye. / Hydrological modeling when associated with remote sensing and geoprocessing resources becomes an important tool, because it is able to establish different land use scenarios and its implications for urban drainage, assisting in urban planning. However, the relationship between the routing model and such techniques, for purpose to evaluate images classifiers from the runoff hydrograph was not found in the literature, making this the main objective of this thesis. Thereunto, three satellite images were used in different spatial resolutions (0.5m, 5m and 15m) and three algorithms classifiers (Maximum Likelihood, Support Vector Machine and Oriented Object Analysis) and composed sets called \"classifier-image\" for the land use classification. The areas of the land use classes of each set \"classifier-image\" and the Curve Number values were the main input of the routing model NRCS, which allowed generating the runoff hydrograph for each case. The simulated hydrographs were compared to the observed hydrograph in the basin and evaluated their representativeness through the Nash Sutcliffe coefficient. Kappa Index was calculated to evaluate land use classifications, with values between 0.58 to 0.99 and Global accuracy between 0.64 to 0.99. Towards the flows rates, the Nash Sutcliffe coefficient was considered satisfactory for two simulations (NS<0,50) and, to other simulations, considered very good (NS>0,75). To provide subsidy to decision-making, it carried out a multi-criteria analysis of the classifier-image sets, that allowed to classify the set with higher performance: 1) SVM classifier and Landsat-8 image; 2) MaxVer classifier and WorldView-II image; 3) NN classifier and RapidEye image.

Orientador: Eduardo Paciência Godoy / Resumo: A colheita de energia emerge como uma das soluções para a alimentação sustentável de sensores e dispositivos de monitoramento em redes sem fio nas aplicações da Internet das Coisas (IoT), permitindo até mesmo prescindir do uso de baterias. Este trabalho descreve o desenvolvimento de uma plataforma de colheita de energia e monitoramento de vazão a partir de redes de distribuição hidráulicas. O sistema experimental montado apresenta um circuito fechado de fluxo variável de água, criado a partir de uma bomba pressurizadora controlável eletronicamente, com sensor de vazão e um micro hidrogerador. A energia elétrica recuperada através do micro hidrogerador é utilizada para alimentar diferentes dispositivos de IoT com comunicação via Wi-Fi dos dados de monitoramento da vazão e volume, assim como, fornece energia para baterias. Os testes operacionais tiveram como objetivo dimensionar a quantidade de energia recuperada, em comparação com a energia consumida pelos dispositivos e bateria conectadas, em função dos valores de vazão obtidos pela plataforma. Nos testes realizados foi possível demonstrar a capacidade da colheita de energia pelo micro hidrogerador, com geração de aproximadamente 1W de energia e sua utilização para a operação contínua de dispositivos em aplicações de IoT. O estudo e implantação de diferentes modos de operação para os dispositivos medidores de vazão possibilitaram a redução do consumo de energia em até 54,4% e maximizaram a eficiência energética da solução, co... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Energy harvesting emerges as one of the solutions for sustainable power supply of sensors and monitoring devices in wireless networks in the Internet of Things (IoT) applications, even allowing to dispense with the use of batteries. This work describes the development of an energy harvesting and flow monitoring platform from hydraulic distribution networks. The assembled experimental system features a variable water flow closed loop, created from an electronically controllable pressurizing pump with flow sensor and a micro hydrogenerator. The electrical energy recovered through the micro-generator supplies different IoT device models with Wi-Fi communication of the flow and volume monitoring data and also provides power for storage batteries. The operational tests aimed to measure the amount of energy recovered, compared to the energy consumed by the connected devices and battery, according to the flow values obtained by the platform. In the tests carried out it was possible to demonstrate the capacity to harvest energy by the micro-generator, generating approximately 1W of energy and its use for the continuous operation of devices in IoT applications. The study and implementation of different modes of operation for flow meter devices make it possible to reduce energy consumption by up to 54.4% and maximize the energy efficiency of the solution, proving the potential of energy recovery as a viable alternative to guarantee the operation of self-sustaining meters for IoT applic... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

Muitos rios brasileiros ainda não são monitorados. A carência de informações relevantes costuma gerar diversos problemas para a administração pública. Por vezes, essa falta de dados pode ser compensada por meio de modelagem hidrológica, que requer um conhecimento prévio sobre a bacia a ser estudada. Atualmente, a mudança no uso e cobertura do solo em bacias hidrográficas é um dos temas mais abordados nas pesquisas hidrológicas, podendo a avaliação dos impactos causados por essa ser feita através de modelagem hidrológica. O presente trabalho utilizou o framework JAMS (Jena Adaptable Modelling System) na elaboração de um modelo hidrológico para a bacia do Ribeirão da Onça, a qual está localizada em zona de afloramento do Sistema Aquífero Guarani, um dos mais importantes aquíferos transfronteiriços do mundo. A bacia é predominantemente rural, logo, seu uso e ocupação do solo variam ao longo do tempo. Sendo assim, objetivou-se avaliar os efeitos das alterações de uso do solo no regime hidrológico da bacia por meio da elaboração de múltiplos modelos hidrológicos no JAMS/J2K, os quais foram calibrados independentemente (de 2008 a 2015) e validados por um modelo atual (2017), a fim de se gerar uma parametrização capaz de predizer os efeitos hidrológicos decorrentes de alterações no uso e ocupação do solo da bacia. Previamente à elaboração dos modelos, procedeu-se à validação dos dados hidrológicos e climatológicos coletados e disponíveis da bacia, por meio da análise das correlações entre as medições dos equipamentos, feita por programa elaborado em Python. Em seguida, elaboraram-se mapas de uso do solo para os anos de 2008, 2011, 2013, 2015 e 2017. Então, os modelos com seus conjuntos de URHs (Unidades de Resposta Hidrológica) específicos foram calibrados, e os parâmetros ótimos encontrados para cada modelo foram aplicados nos demais para identificação de quais poderiam ser os mais representativos. Durante esta etapa, verificou-se que o modelo de 2013 comportava-se anomalamente, devido à estiagem ocorrida em seu período de calibração, o que justificou sua retirada das etapas seguintes. Em seguida, um programa criado em Python permitiu que os arquivos .dat gerados durante a calibração fossem analisados visualmente, por meio de gráficos de dispersão e plots violinos, embasando a tomada de decisão relativa à redução da amplitude de variação dos parâmetros para uma posterior busca manual por parâmetros representativos temporalmente. Os parâmetros encontrados produziram modelos com NSE variando de 0,25 a 0,39; PBIAS de -20,98 a -0,74 e R2 de 0,45 a 0,65, sendo que o modelo de validação (2017) obteve NSE de 0,26; PBIAS de -1,78 e R2 de 0,45; indicando que a parametrização encontrada, apesar de não conseguir produzir modelos que eficientemente reproduzam os picos no escoamento, é capaz de estimar satisfatoriamente o escoamento de base, mesmo em condições de mudanças de uso e ocupação do solo. Com isso, realizou-se a aplicação do conjunto de parâmetros em cenários hipotéticos de uso e ocupação do solo, que produziu resultados coerentes com o que se espera. Além disso, também se realizou a setorização do modelo, utilizando os dados de vazão de duas calhas Parshall instaladas na bacia. No entanto, não houve êxito na setorização, evidenciado pelos valores de NSE (-35,41 e 88,08), PBIAS (118,63 e 118,81) e R2 (0,15 e 0,12). O fraco desempenho na setorização pode ser corrigido calibrando-se o modelo espacialmente, em adição à calibração temporal, ou seja, com múltiplos dados de entrada de vazão, localizados em pontos distintos na bacia. / Many Brazilian rivers are not monitored. The lack of relevant information may generate multiple problems for public administration. Sometimes this data may be supplied through hydrological modelling, which requires a previous knowledge regarding the watershed that will be studied. Currently, the land use and cover change in watersheds is one of the most researched themes in the hydrological scientific community, with the impacts caused by it being able t obe assessed by hydrological modelling. In that sense, this work has used the framework JAMS (Jena Adaptable Modelling System) in the elaboration of a hydrological model for the Ribeirão da Onça catchment, which is located in an outcrop zone of the Guarani Aquifer System, one of the largest transboundary aquifers in the world. The catchment is mainly rural; thus, its land use and occupation vary heavily over time. In this context, the intent of this work was to evaluate the effects of the land use/cover changes in the hydrological processes through the elaboration of multiple J2K/JAMS hydrological models, which were calibrated individually (2008 through 2015) and validated with a recent model (2017), with the goal of creating a model that is able to predict long term hydrological effects of land use/cover changes in the catchment. Before creating the models, a validation of the hydrological and climatic data available in the catchment was done, through the analysis of the correlations between the measures, achieved with the use of a Python software. After that, land use maps were elaborated for the years 2008, 2011, 2013, 2015 and 2017. Then, the models with their HRU (Hydrological Response Units) specific sets were calibrated, then the optimal parameters for each model were applied on the other ones, to assess which were the most representative. During this step, the 2013 model was deemed anomalous, due to the drought that occurred during its calibration period, which justified its removal from the following stages. After that, an application made in Python allowed the .dat files generated during calibration to be visually analysed, through scatter and violin plots, aiding the decisions regarding the new maximum and minimum values for the parameters, preceding a manual search for the globally representative parameters set. The set that was found produced models with NSE varying from 0.25 to 0.39, PBIAS from -20,98 to -0,74 and R2 from 0,45 to 0,65, being that the validation model (2017) achieved an NSE of 0.26; PBIAS of -1.78 and R2 of 0.45, meaning that the parameters found, despite not being able to effectively reproduce the runnof peak values, is able to satisfactorily estimate the base runoff, even in land use and cover change conditions. With that, the parameters set found was applied in hypothetical scenarios of land use and cover, which produced coherent results with what was expected. A model sectorization was also attempted, using discharge data from two Parshall flumes installed in the catchment. However, there was no success in the attempt, evidenced by the NSE (-35.41 and 88.08), PBIAS (118.63 and 118.81) and R2 (0.15 and 0.12) values. The weak performance of the sectorization may be fixed by calibrating the model spatially, in addition to the calibration in regards to time. In other words, with multiple input discharge data, located in distinct points inside the catchment.

Um aumento considerável da área de cultivo da cana de açúcar na região central do estado de São Paulo foi verificado durante os últimos anos. A ampliação destas áreas sobre outras formas de uso e ocupação das terras na referida região proporcionam diversas alterações nos ambientes, sobretudo relacionados aos processos geomorfológicos e hidrológicos das bacias hidrográficas. Nesse sentido, estudos fundamentados em modelos matemáticos, estruturados em SIG (Sistema de Informação Geográfica) e que visem analisar o comportamento de fenômenos ambientais frente à expansão da cultura canaviera podem auxiliar órgãos públicos e privados responsáveis pelo gerenciamento e manutenção das atividades agropecuárias na região. Diante disso, o presente trabalho teve como objetivo avaliar os efeitos das alterações do uso e ocupação das terras sobre processos hidrológicos e geomorfológicos na bacia do rio Jacaré Guaçú, localizada na região central do Estado de São Paulo. Mais precisamente, verificou se as mudanças ocorridas no uso e ocupação das terras entre 1987, 2004 e 2013 influenciaram no aumento ou diminuição das perdas de solos por erosão laminar e no regime de vazão fluvial da rede de drenagem do rio Jacaré Guaçú. Dados hidrológicos, pedológicos e de Sensoriamento Remoto foram usados para estruturar em SIG o modelo matemático EUPS (Equação Universal de Perdas de Solo) e estimar as perdas de solo por erosão laminar. Técnicas de estatística foram usadas para verificar a significância nas mudanças de tendência dos dados históricos de vazão fluvial. Os resultados confirmam aumento de perdas de solo por erosão laminar acima de 15 ton. ha-1ano-1 entre 1987, 2004 e 2013. Esses valores ocorreram devido ao aumento de locais destinados à cultura temporária e com solo exposto, ambos vinculados ao cultivo da cana de açúcar. Entre o mesmo período ocorreu a diminuição de locais classificados com perdas de solo compreendidas entre 0 e 3 ton. ha-1ano-1 atrelada, sobretudo a redução de locais destinados às pastagens e com vegetação arbórea na bacia hidrográfica. As perdas de solo classificadas entre 3 e 5, 5 e 10 e 10 e 15 ton. ha-1ano-1 aumentaram entre 1987 e 2004 e diminuíram entre 2004 e 2013. A análise estatística comparativa dos dados fluviométricos evidenciou que não ocorreram mudanças significativas nos padrões de vazões médias, mínimas e máximas mensais entre 1987, 2004 e 2013. / A substantial expansion of sugarcane area in the central region of São Paulo State (Brazil) occurred in last years. The increase of sugarcane cultivation over other forms of land use implies in several changes in the environment mainly related to the geomorphological and hydrological processes in watersheds. Grounded studies on mathematical models, structured in GIS (Geographic Information System) can assist in understanding environmental changes arising the increase of sugarcane cultivation. This data can assist public and private institutions responsible for management and maintenance agricultural activities in this region. Therefore, this study aimed at evaluating the effects of changes in land use about hydrological and geomorphological processes in Jacaré Guaçú stream basin (São Paulo State - Brazil). More precisely, were analyzed the effects of changes in land use between 1987, 2004 and 2013 about laminar erosion process and Jacaré Guaçú river flow. Soil, rainfall and Remote Sensing data were used to structure the mathematical model USLE (Soil Loss Equation Universal) in the GIS (Geographic Information System) and to estimate soil loss by laminar erosion. Statistical techniques were used to evaluate changes in trends from historical data of Jacaré Guaçú river flow. The results confirmed an increase of soil loss by laminar erosion bigger then 15 t. ha-1 year -1 between 1987, 2004 and 2013 within the study area. The increase in local places with temporary culture and exposed soil, both linked to the expansion of sugarcane areas, contributed to these results. Between the same period (1987, 2004 and 2013) there was a decrease in classified locations with soil loss between 0 - 3 t. ha-1 year -1 because of area reduction with pastures and tree vegetation in hidrographic basin. Soil losses classified between 3-5, 5-10 and 10-15 t. ha-1 year -1 increased between 1987 and 2004 and decreased between 2004 and 2013. Statistical analysis showed no significant variation average, maximum and minimum of Jacaré Guaçú river flow between 1987, 2004 and 2013.

Arthrospira (Spirulina) platensis vem sendo cultivada para a produção de biomassa pelos altos conteúdos de proteína, ácidos graxos poliinsaturados e vitaminas. O nitrogênio é um nutriente que exerce influência em seu metabolismo, e o uso de fontes nitrogenadas de baixo custo pode contribuir para a viabilização da produção de A. platensis. Foi verificado o crescimento do microrganismo empregando uréia como fonte de nitrogênio por meio de processo contínuo, visando evitar níveis inibitórios de amônia no meio. Verificou-se a influência da vazão específica de alimentação (D, 0,04 a 0,44 dia-1) utilizando duas concentrações de uréia (N0) de 0,5 e 5 mM no meio de alimentação. Para N0=0,5mM, a maior produtividade em células (PX) obtida foi 201,5 mg.L-1.dia-1com D=0,44d-1; nessas condições a concentração celular em regime permanente (XP) foi 458 mg.L-1, obtendo-se uma biomassa com um teor de proteínas de 27,2%. Para N0=5mM, o máximo valor de PX encontrado foi 148,2 mg.L-1.dia-1, com D=0,12d-1; nessa vazão de alimentação, o XP foi 1235 mg.L-1 e o teor protéico na biomassa (71,9%) o mais alto encontrado. / Arthrospira platensis is being cultivated for biomass production because of its high content of proteins, polyunsaturated fatty acids and vitamins. Nitrogen is a nutrient which has a big influence in its metabolism, and the use of low cost sources of this element could contribute for the feasibility of A. platensis production. It was verified the growth of the microorganism using urea as a nitrogen source by a continuous process, to avoid ammonia inhibitory levels into the culture. It was evaluated the influence of the specific dilution rate (D, 0.04 to 0.44 day-1) in the culture applying two urea concentrations (N0) 0.5 and 5mM in the feeding medium. For N0=0,5mM, the highest cell productivity (PX) obtained was 201.5 mg.L-1.day-1using D=0.44d-1; under these conditions the cell concentration in steady state (XP) was 458 mg.L-1, obtaining a biomass with a protein content of 27.2%. For N0=5mM, the highest PX value was 148.2 mg.L-1.day-1, with D=0.12 day-1; under this dilution rate, the XP was 1235 mg.L-1 and its protein content (71.9%) was the highest achieved.

Variabilidade climática é um sistema complexo gerado pela participação de diversos atores e sua atuação na dinâmica atmosférica, a (TSM) Temperatura da Superfície do Mar tem papel fundamental de influencia nas diversas características dos índices climáticos: Southern Hemisphere Anular Mode Index (SAM), Southern Oscillation Index (SOI), El Nino / Oscilação Sul (ENSO), (TNA) Tropical North Atlantic Index, (PDO) Pacific Decada Oscillation, North Atlantic Oscillation Index (NAO). Os Índices com variações climáticas e suas implicações, possuem um espectro de atuação e formação do clima, que se inicia nos macro-sistemas através de suas influências extraterrestres, pelos períodos de atividade solar e outros, que nos convidam a buscar um melhor entendimento sobre o clima e suas forças resultantes. Portanto essa é uma pesquisa simplista, procura demonstrar os entes envolvidos nos processos de variabilidade climática, realçando muito mais o papel dos oceanos e sua influencia de correlação sobre os regimes fluviométricos, estimando definir também a sua grande importância e um melhor entendimento do ciclo hidrológico da escala espaço-temporal na região da bacia Amazônica, partindo de uma leitura do sistema atmosférico e sua influencia dinâmica resultante sobre o ciclo hidrológico. A pesquisa adquiriu através da (ANA) Agencia Nacional de Águas os dados de vazão fluvial dos rios Solimões/Amazonas e Negro, e junto ao Earth System Research Laboratory Physical Sciences Division da NOAA, foram adquiridos os valores de TSM e Índices climáticos, já para os dados de precipitação foram solicitados junto Centro de Previsão de Tempo e Estudos Climáticos (CPTEC/INPE). Todos estes dados foram tratados em processamento no Software GrADS e ainda compilados em FORTRAN, para a analise estatística através de (R) Analise e Planejamento de Experimentos, para fornecer os dados de correlação linear, Test-t e regressão linear com o objetivo de sustentar e apoiar a analise dos resultados que possam prognosticar a partir da defasagem entre as variáveis TSM e o comportamento resultante da vazão fluvial. / Climate variability is a complex system generated by the participation of various actors and their role in atmospheric dynamics, the Sea Surface Temperature(SST) plays a key role in influencing the several features of the climate indexes: Southern Hemisphere Cancel Index Mode (SAM), Southern Oscillation Index (SOI), El Nino / Southern Oscillation (ENSO), (TNA) Tropical North Atlantic Index (PDO) Pacific Decade Oscillation, North Atlantic Oscillation Index (NAO). The climate changes indexes and their implications have a spectrum in the activity and formation of the climate, which begins in macro-systems through their extraterrestrial influences, during periods of solar activity and others, who urges us to search a better understanding of the climate and its resultant forces. Therefore, this is a simplistic research, seeking to show the entities involved in the climate variability processes, emphasizing much more the role of the oceans and its influence on the fluvial routines correlation, and estimating also define a major and also a better understanding of the hydrological cycle spatiotemporal scale in the region of the Amazon basin, starting from a reading of the atmospheric system and its resulting dynamic influence on the hydrological cycle, acquired through this research (ANA) National Water Agency data flow of the rivers Solimões / Amazonas and Negro River, and with the Earth System Research Laboratory - Physical Sciences Division of NOAA, which acquired values of SST and climate indexes. The precipitation data was requested from Center for Weather Forecasting and Climate Studies (CPTEC / INPE). All these data were processed in the processing software GrADS and also compiled in FORTRAN for statistical analysis using (R) - Analysis and Design of Experiments, to provide data for linear correlation, T-test and linear regression in order to sustain and support the analysis of the results which could predict from the discrepancy between the SST variables and the resulting conduct of river flow.

O objetivo desta pesquisa foi investigar a relação linear existente entre a Temperatura de Superfície do Mar (TSM) dos oceanos Pacífico e Atlântico e a vazão do rio Madeira, localizado na parte sul da região Norte do Brasil. A investigação foi feita nas escalas mensal, sazonal e anual, para o período de 1968 a 2009. A hipótese de que alterações climáticas na região Norte do Brasil estariam associadas a episódios de aquecimento e resfriamento dos oceanos globais, já que quando ocorrem têm o potencial de modificar o padrão de precipitação em áreas remotas do globo, foi a motivação central da pesquisa. A pesquisa foi desenvolvida com base em análises estatísticas para os dados de TSM, índices climáticos e a vazão do rio Madeira. Observou-se que a vazão mensal do rio Madeira apresenta correlação linear significativa com áreas específicas dos oceanos Atlântico e Pacífico. No Oceano Atlântico Norte, são significativas as correlações obtidas nos setores tropical (área AT3) e norte (área AT1). O setor subtropical do Atlântico Norte (AT2) apresenta correlações lineares não tão expressivas como suas áreas tropical e norte. O Atlântico Sul não apresenta áreas com correlações lineares significativas com a vazão. As áreas com correlação significativa do Atlântico Norte (AT1) apresentam valores negativos máximos entre -0,6 e -0,4. Os valores de correlação linear entre a vazão mensal do rio Madeira e a TSM do Atlântico (AT2) apresentam um pequeno aumento para os cálculos realizados com defasagem temporal de até nove meses, entre 0,3 a 0,4 para 5 meses de defasagem entre a vazão e a TSM. A TSM do setor oeste do Pacífico tropical apresenta fortes valores negativos de correlação linear com a vazão do rio Madeira, com valores máximos que variam entre -0,7 e -0,4. Tal qual acontece para o Atlântico, as águas superficiais do Pacífico tropical oeste apresentam um pequeno aumento dos valores de correlação linear para defasagens maiores entre a TSM e a vazão. As áreas com forte correlação negativa no setor oeste do Pacífico tropical foram denominadas PA1, no norte, e PA3, no sul. Uma pequena área com correlação significativa e positiva a leste da bacia do Pacífico, junto à costa do Chile, foi denominada PA2. Nesta área os valores máximos de correlação linear entre a vazão mensal e a TSM variam entre 0,2 e 0,4. A análise de correlação linear entre a vazão anual do rio Madeira e índices climáticos indicam que os índices ODP, MEI e OAN são os mais bem correlacionados com a vazão, apresentando valores iguais a 0,89, 0,86 e 0,85, respectivamente. Com base na TSM das áreas bem correlacionadas com a vazão do rio Madeira e nos índices climáticos considerados, foi desenvolvido um modelo estocástico de regressão linear múltipla para a previsão da vazão trimestral com antecedência de um trimestre. A TSM das áreas do setor oeste do Pacífico tropical, PA1, e do Atlântico Norte tropical, AT3, constituíram as variáveis selecionadas para a elaboração do modelo estocástico. O modelo estocástico foi desenvolvido para o início da série temporal considerada, de 1968 a 1988, e apresentou um ajuste linear com coeficiente de determinação igual a 78%. A verificação do modelo foi feita para o final da série, de 1989 a 2009. O erro médio normalizado calculado pela diferença entre os valores de vazão previstos pelo modelo e os observados foi igual a 40%. Desta forma, conclui-se que a vazão trimestral do setor sul da região Norte do Brasil é uma variável que pode ser prevista com base na variabilidade da temperatura das águas superficiais dos oceanos Pacífico e Atlântico. A análise do comportamento atmosférico com base em períodos específicos de anomalias de TSM no Atlântico Norte tropical indica que a ocorrência de TSMs mais altas (baixas) que o normal foram acompanhadas por ventos de leste mais fracos (fortes). Foram analisados os campos atmosféricos médios para os meses chuvosos de novembro a março para as variáveis Velocidade Vertical (Omega) em 500 e 850 hPa, divergência e vorticidade do vento. Os resultados obtidos demonstram que em média, a variabilidade atmosférica foi determinante no que se refere às anomalias apresentadas pela vazão. / The objective of this research was to investigate the linear relation between the sea surface temperature (SST) over Pacific and Atlantic oceans and the outflow of the Madeira river, located at the southern part of the Northern region of Brazil. The investigation considered monthly, seasonal and annual scales, to the period between 1968 to 2009. The consideration about the influence of heating and cooling of oceanic areas over climate around the world constitutes the main hypothesis taken in account in the study. The research was developed based on statistical analysis considering SST, climatic indexes and river outflow data. The monthly outflow for Madeira River shows significant linear correlation to SST at specific areas over Atlantic and Pacific. Over North Atlantic, the linear correlation values are significant at the tropical and north sectors, namely AT3 and AT1, respectively. The subtropical sector of North Atlantic presents positive correlation but not too expressive as the tropical and north areas of Atlantic. South Atlantic does not present significant values of linear correlation with the river outflow. The area with significant correlation over North Atlantic (AT1) presents maximum negative values ranging between -0,6 and -0,4. In general, the greater the interval between river outflow and SST data, greater is the linear correlation values. SST data from the western sector of tropical Pacific presents strong negative correlation with Madeira River outflow data, and shows maximum values ranging between -0,7 and -0,4. The areas to the West of Pacific showing high negative correlation were named PA1 and PA3, to northern and southern sectors, respectively. A small area that shows significant positive linear correlation to the river outflow data, PA2, is located over the eastern side of Pacific basin, very closed to the coast of Chile. In this area, the linear maximum correlation values range between 0,2 and 0,4. Linear correlation analysis between annual river outflow data and climatic indices indicates that PDO, MEI and NAO are those more correlated with the river outflow data, presenting values equal to 0,89, 0,86 e 0,85, respectively. Based on averaged SST and climatic indices well correlated to the Madeira River outflow data, a stochastic model was developed in order to forecast the river outflow in seasonal scale. SST from west of tropical Pacific, PA1, and from tropical North Atlantic, AT3, were selected to build up the stochastic model. The stochastic model was developed considering the first half of the total series, between 1968 and 1988, while the last period was used to validate the model, between 1989 and 2009. The linear adjusting over the first period reach a determining coefficient equal to 78% and the normalized mean error obtained for the second period was equal to 40%. Thus, we conclude that the seasonal outflow for Madeira River is a climatic variable that can be forecast based on the SST variability over specific areas on Pacific and Atlantic oceans. The analysis of atmospheric behavior based on specific periods of SST anomalies in the tropical North Atlantic indicates that the occurrence of SSTs higher (lower) than normal was accompanied by easterly winds weak (strong). We analyzed the average atmospheric fields for the rainy months from November to March for variables Vertical Speed (Omega) at 500 and 850 hPa, divergence and vorticity of the wind. The results show that approximately the atmospheric variability was decisive with regard to the deficiencies presented by the ouflow.

A escassez de dados hidrológicos no Brasil é um problema recorrente em muitas regiões, principalmente em se tratando de dados hidrométricos, produção de sedimentos e qualidade da água. A pesquisa por modelos de bacias hidrográficas tem aumentado nas últimas décadas, porém, a estimativa de dados hidrossedimentológicos a partir de modelos mais sofisticados demanda de grande número de variáveis, que devem ser ajustadas para cada sistema natural, o que dificulta a sua aplicação. O objetivo principal desta tese foi avaliar diferentes ferramentas de modelagem utilizadas para a estimativa da vazão, produção de sedimentos e qualidade da água e, em particular, comparar os resultados obtidos de um modelo hidrológico físico semi-distribuído, o Soil Water Assessment Tool (SWAT) com os resultados obtidos a partir de modelos hidrológicos concentrados, com base na metodologia do número da curva de escoamento do Soil Conservation Service (SCS-CN) e no modelo Generalized Watershed Loading Function (GWLF). Buscou-se avaliar e apresentar em quais condições o uso de cada modelo deve ser recomendado, ou seja, quando o esforço necessário para executar o modelo semi-distribuído leva a melhores resultados efetivos. Em relação à simulação da vazão, os resultados dos dois modelos foram altamente influenciados pelos dados de precipitação, indicando que existem, possivelmente, falhas ou erros de medição que poderiam ter influenciado negativamente os resultados. Portanto, foi proposto aplicar o modelo semi-distribuído com dados de precipitação interpolados (DPI) de alta resolução para verificar a eficiência de seus resultados em comparação com os resultados obtidos com a utilização dos dados de precipitação observados (DPO). Para simulação da produção de sedimentos, e das concentrações de nitrogênio e fósforo, o SWAT realiza uma simulação hidrológica mais detalhada, portanto, fornece resultados ligeiramente melhores para parâmetros de qualidade da água. O uso do modelo semi-distribuído também foi ampliado para simular uma bacia hidrográfica sob a influência do reservatório, a fim de verificar a potencialidade do modelo para esse propósito. Os modelos também foram aplicados para identificar quais os impactos potenciais das mudanças no uso do solo previstas e em andamento. Os cenários estudados foram: I – cenário atual, II – cenário tendencial, com o aumento da mancha urbana e substituição do solo exposto e de parte da mata nativa por uso agrícola; III – cenário desejável, complementa o crescimento urbano tendencial com aumento de áreas de reflorestamento. As metodologias foram aplicadas em duas bacias hidrográficas localizadas no Sudeste do Brasil. A primeira é a bacia do rio Jacaré-Guaçu, incluída na Unidade de Gerenciamento de Recursos Hídricos 13 (UGRHI-13), a montante da confluência do rio das Cruzes, com uma área de 1934 km2. O segundo caso de estudo, é a bacia do rio Atibaia, inserida na UGRHI-5, tem uma área de 2817,88 km2 e abrange municípios dos estados de São Paulo e Minas Gerais. Como principal conclusão, o desempenho do modelo semi-distribuído para estimar a produção de sedimentos, e as concentrações de nitrogênio e fósforo foi ligeiramente melhor do que as simulações do modelo concentrado SCS-CN e GWLF, mas essa vantagem pode não compensar o esforço adicional de calibrá-lo e validá-lo. / The lack of hydrological data in Brazil is a recurrent problem in many regions, especially in hydrometric data, sediment yield and water quality. The research by simplified models has increased in the last decades, however, the estimation of hydrossedimentological data from these more sophisticated models demands many variables, which must be adjusted for each natural system, which makes it difficult to apply. At times it is necessary to respond quickly without much precision in the results, in these situations, simpler models with few parameters can be the solution. The objective of this research is to evaluate different modelling tools used estimate streamflow, sediments yield and nutrients loads values, and namely to compare the results obtained from a physically-based distributed hydrological model (SWAT) with the results from a lumped hydrological, the Soil Conservation Service (SCS-CN) and the Generalized Watershed Loading Function (GWLF) model. Both models use the curve number (CN) concept, determined from land use, soil hydrologic group and antecedent soil moisture conditions and were run with a daily time step. We are particularly interested in understanding under which conditions the use of each model is to be recommended, namely when does the addition effort required to run the distributed model leads to effective better results. The input variables and parameters of the lumped model are assumed constant throughout the watershed, while the SWAT model performs the hydrological analysis at a small unit level, designated as hydrological response units (HRUs), and integrates the results at a sub-basin level. In relation to the flow simulation, the results of the two models were highly influenced by the rainfall data, indicating that, possibly, faults or measurement errors could have negatively influenced the results. Therefore, it was proposed to apply the distributed model with high-resolution grids of daily precipitation to verify the efficiency of its results when compared to rainfall data. For simulation of sediment, nitrogen and phosphorus, SWAT performs a more detailed simulation and thus provides slightly better results. The use of the SWAT was also extended to simulate the influence of reservoir, in order to verify the potentiality of the model, in relation to the simulation. The models also were used to identify which are potential impacts of the ongoing land use changes. The scenarios were: I - Current scenario, II - trend scenario, with the increase of urban land and replacement of the exposed soil and part of the native forest by agricultural use; III - desirable scenario complements the trend urban growth with the replacement of exposed soil and part of the agricultural use by reforestation. The methodologies were applied on two watersheds located in the Southeast of Brazil. The first one is the Jacaré-Guaçu river basin, included in the Water Resources Management Unit 13 (UGRHI-13), upstream of Cruzes river confluence, with an area of 1934 km2. The second watershed is the Atibaia River Basin, a part of Water Resources Management Unit 5 (UGRHI-5). It has an area of 2817.88 km2 and covers municipalities of the states of São Paulo and Minas Gerais.