Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / In the environmental licensing of hydroelectric plants are prescribed streamflow should be maintained downstream of the dam, but these flows often cannot ensure the maintenance of water quality for the stretch. The aim of this study is to present a robust and expeditious strategy of water quality monitoring. This strategy is developed for supporting the stipulation of flow regime in reduced flow reach (RFR) by dams. The Hydropower plant Passo São João (HPP PSJ) in Rio Ijuí-RS was used as study case. This Hydropower is a power plant without storage capacity presenting a RFR of 4 km. The monitoring for collecting water quality data is made by using a multiparameter probe and laboratory analysis. It is used ten monitoring points along the Rio Ijuí, two of them located in the RFR. Correlations between data obtained with a multiparameter probe and data determined in the laboratory are made to evaluate the application of the probe. Complementing the study, the HPP PSJ is contextualized according to the impact on water quality in the Rio Ijuí, tracing a longitudinal profile of dissolved oxygen (DO) along with the evaluation of the direct contribution by RFR comparison of flows. Moreover, the variability of DO concentrations in sections monitoring RFR is evaluated considering the determinations along the section. Those sections are associated with flow velocity profiles that were determined by the Acoustic Doppler Current Profiler (ADCP). The correlations between the curves of monitoring data and curves from the extraction of data - at different frequencies - are developed for determining the optimal monitoring frequency. The comparison between measurements with the probe and measurements in the laboratory are satisfactory, presenting similar values for most parameters. The layout of the longitudinal profile of the DO concentrations demonstrates the strong influence of the HPP PSJ structures in dam downstream DO level, reinforcing the need for a monitoring strategy. However the effect of reducing inflow in the dilution charges has not been noted in view of the minimum incremental area flow. Near riverbank measurements were representative, since the variability of measurements along the section generally was less than 2% on average. Finally the ideal frequency obtained with the correlation curves for different frequencies is four days for both points of RFR. The overall conclusion of this study is to propose a monitoring strategy based on using a multiparameter probe in which the operator formulates the determinations near the riverbank with a monitoring frequency of four days, taking as basis the representative parameter the dissolved oxygen for this case. / Quando do licenciamento ambiental de usinas hidrelétricas, são prescritas vazões a serem mantidas a jusante do barramento, que muitas vezes podem não garantir a manutenção da qualidade da água para o trecho. O objetivo deste estudo foi propor uma estratégia expedita de monitoramento da qualidade da água em suporte a prescrição de regime de vazões remanescentes em trechos de vazão reduzida (TVR) por barramentos. Para tanto foi utilizado como caso de estudo a UHE Passo do São João (UHE PSJ) no Rio Ijuí-RS, que opera a fio d água e possui um TVR de 4 km. Como base do estudo foi feito um monitoramento para levantamento de dados de qualidade da água com a utilização de sonda multiparâmetro e análises em laboratório. Foram utilizados 10 pontos de monitoramento ao longo do Rio Ijuí, sendo 2 deles, os principais no estudo, localizados no TVR. Foram feitas correlações entre os dados obtidos com a sonda multiparâmetro e determinados em laboratórios para avaliação do uso da sonda. Complementando o estudo, foi feita uma contextualização da UHE PSJ no que se refere ao impacto na qualidade da água no Rio Ijuí, traçando um perfil longitudinal de concentração de oxigênio dissolvido (OD), juntamente com a avaliação do aporte direto ao TVR por meio da comparação de vazões. Ainda foi realizada uma avaliação da variabilidade das concentrações de OD nas seções de monitoramento do TVR, com determinações ao longo da seção, associadas aos perfis de velocidade do escoamento determinados com o uso de Acoustic Doppler Current Profiler (ADCP). Por fim foram realizadas correlações entre as curvas dos dados do monitoramento e curvas resultantes da extração de dados com diferentes frequências, para a determinação da frequência ideal de monitoramento. A comparação entre as determinações com a sonda e no laboratório foi satisfatória, mostrando valores próximos para a maioria dos parâmetros. O traçado do perfil longitudinal das concentrações de OD mostrou a forte influência das estruturas da UHE PSJ nos níveis de OD a jusante do barramento no TVR, reforçando a demanda por uma estratégia de monitoramento. Porém o efeito da redução das vazões na diluição de cargas não foi notado, tendo em vista a insignificância das vazões da área incremental ao TVR. As medições próximas a margem foram representativas, pois a variabilidade das determinações ao longo da seção em geral foi menor que 2% em relação a média. Por fim a frequência ideal obtida com a correlação das curvas de diferentes frequências foi de 4 dias para os dois pontos do TVR. Como conclusão geral deste estudo, fica a proposição de uma estratégia de monitoramento, baseada na utilização de uma sonda multiparâmetro, onde o operador fará as determinações próximas a margem do rio, com uma frequência de monitoramento de 4 dias, tendo como base um parâmetro representativo, no caso o oxigênio dissolvido.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Areas susceptibility to water erosion and strong pressure of soil use, as in Southern Brazil, where there is cultivation of tobacco, are prone to degradation of the natural resources. The objective of this dissertation was to evaluate the unsustainability of the natural resources in a watershed under tobacco production, characterized by steep slopes, with intense agricultural exploration and to evaluate the processes related to soil erosion. The watershed is located in the district of Nova Boêmia, Agudo, RS. The watershed has an area of 332 ha, with is subdivided, in right left subbasin, by two streams, forming the main drainage of the Arroio Lino Friedlich, flowing to the Jacuí River. The evaluations were: 1. The evolution of soil use and management, and soil erosion from 2003 to 2005; 2. Physical and environmental factors affecting soil, namely rain erosivity, LS (slope length and steepness) of the Universal Soil Loss Equation, and watershed concentration time; 3. For the quantification of the sediment yield, samples of the suspended sediment were colleted during rain events in the year of 2005, in two control sections, using flow meters that quantified the water flow rate for subsequent determination of the flow and sediment concentration, through from specific rating curves; 4. The annual sediment yield estimation was made through sediment rating curves, using lineal and polynomial models. Precipitation data were obtained automatically from a meteorological station located in the center of the watershed and were used for the determination of rainfall erosivity. Several maps were generated, including classes of factor LS index of the USLE. The results showed that the agricultural areas are increasing and natural vegetation is decreasing. Under this rate, there would be no natural vegetation in 100 years. The concentration time of the watershed is of 12 minutes, meaning that in a short time the whole watershed contributes for the runoff, in accordance with the sudden increase of the water height in the creek. The hydro-sedimentologic components varied mainly with soil moisture, topographical characteristics and rainfall intensity and amount. Erosive rainfall occurred mainly in the second semester of the year, when the soil was also plowed. The right side drainage of the watershed contributed with 80% of the sediment yield and presented higher values of LS factor, more intense soil, presence of highways and gullies and smaller riparian zone. The polynomial model for the sediment rating curves had the best adjustment and was effective in estimating the annual sediment yield. Estimated soil erosion rates from cropland was 0.28 cm ha-1 year and from unpaved roads was 0.12 cm ha-1 year, which are greater than both soil formation and soil loss tolerance rates. These data indicate the unsustainable use of the soils for tobacco growth under current management practices. / Áreas vulneráveis em termos de suscetibilidade à erosão e a forte pressão de uso do solo, como na região Sul do Brasil onde há cultivo de fumo, propiciam a degradação do ambiente. O objetivo foi avaliar a (in)sustentabilidade de agroecossistemas intensamente explorados com a cultura do fumo numa pequena bacia hidrográfica rural de cabeceira com terras declivosas, solos rasos, com ênfase na erosão do solo. A bacia está localizada no distrito de Nova Boêmia, Agudo- RS. A área de captação da bacia corresponde a 332 ha e essa é subdividida, para este estudo, em lados direito (braço direito) e esquerdo (braço esquerdo), em função da rede de drenagem que possui dois córregos, que ao final da secção se juntam em apenas um, formando o braço principal do Arroio Lino Friedlich, afluente do Rio Jacuí. As avaliações foram: 1) quantificação das variáveis de uso e manejo do solo influenciadores da erosão do solo, nos anos de 2003 a 2005; 2) variáveis físico-ambientais influenciadores da erosão do solo, sendo elas a erosividade das chuvas, o fator LS (comprimento do declive L e grau do declive S) da Equação Universal de Perda de Solo, e o tempo de concentração da bacia; 3) medida da produção de sedimentos em suspensão e construção de hietogramas, hidrogramas e sedimentogramas de eventos chuvosos ocorridos no ano de 2005, em seções de controle localizadas no exutório da bacia nos braços esquerdo e principal, nos quais estavam presentes linígrafos que registraram, de forma automática, dados de altura de lâmina de água para posterior determinação da vazão e concentração de sedimentos, a partir de curvas-chave específicas; 4) estimativa da produção de sedimentos anual, a partir da construção de uma curva-chave, sendo avaliados dois modelos, o linear e o polinomial. Dados de precipitação foram obtidos automaticamente numa estação meteorológica situada no centro da bacia e serviram para a determinação do índice de erosividade da chuva. Diversos mapas foram confecionados, sendo um deles o mapa com as classes de fator de LS. Os resultados mostraram que as áreas de lavouras vêm aumentando no decorrer dos anos e, conseqüentemente, as de vegetação natural estão diminuindo. Em se continuando esse processo, em cem anos não mais haverá vegetação natural. O tempo de concentração da bacia é de 12 minutos, significando que num curto espaço de tempo toda a bacia passa a contribuir para o escoamento e confirmando o aumento súbito da altura de lâmina de água no riacho. As componentes hidrossedimentológicas variaram principalmente com a umidade do solo, características topográficas e da precipitação, intensidade e quantidade. Chuvas mais erosivas se situam no segundo semestre do ano, onde o solo estava revolvido pela ação das práticas de cultivo. O lado direito da bacia contribuiu com 80% da produção de sedimentos e apresentou valores mais elevados das classes do fator LS, maior uso antrópico do solo, presença de estradas e ravinas e menor zona ripária. O modelo polinomial para a obtenção da curva-chave de sedimentos teve o melhor ajuste e foi eficaz na estimativa da produção anual de sedimentos. A quantidade de solo erodida e estimada das áreas de lavouras foi de 0,28 cm ha-1 ano, enquanto que das áreas de estradas foi de 0,12 cm ha-1 ano. As perdas por erosão hídrica desses solos da bacia estão muito acima dos valores de suas taxas de formação e também das perdas de solo toleráveis. Isso indica a insustentabilidade perante o atual uso agrícola com a cultura do fumo.

The evidence of the formation of surface flow and associated processes such as erosion, transfer of solutes, organic matter and nutrients, are the consequences of soil management not contributing to the maintenance of soil functions, especially those associated to the regulation of hydrological flows. This situation leads to soil degradation, degradation of water resources and waste inputs. Considering the principles of conservation agriculture, numerous practices of soil, plant and field management are likely to be used in order to solve problems. Given this, the objective of this work was to evaluate the influence of the addition phytomass and scarification in the control of surface flow and soil losses in grain production areas using direct planting at slope scale during significant rain events. The monitoring was conducted in six rectilinear macro plots, with dimensions of 70x80m and average steepness of 9%, in a Red Latosol. The study was carried out between 2014 and 2016 in the city of Júlio de Castilho, RS, and observed the responses in surface flow and suspended sediment concentration during significant rain events. There were different systems of soil management (three with scarification and three without) and coverage depending on crop rotation (two with low addition and 4 with medium addition of phytomass) in each of the macro plots. Agricultural practices in the plots followed technical recommendations for grain production (soy/wheat/oats) in southern Brazil. During 12 months, nine significant rain events were monitored. The monitoring data were evaluated to characterize the magnitude of hydrological and erosive responses between treatments over the course of time. Not surprisingly, results show that both practices reduce surface flow and soil losses. However, the addition of biomass presented higher efficiency than scarification. Results also show that for extreme precipitation events the two practices are unable to control all of the surface flow. Moreover, the monitoring of events over time revealed the behavior of the flow and sediment concentration, thus making it possible to understand the mechanism hydrologic response of the different rain events to different handling conditions throughout the year and between events. Keywords: Soil Conservation. No Til / As evidências de formação de escoamento superficial e dos processos associados como a erosão, a transferência de solutos, de matéria orgânica e de nutrientes, são reflexos de que o manejo do solo não tem contribuído para a manutenção das funções do solo, especialmente daquelas associadas à regulação dos fluxos hidrológicos. Essa situação conduz à degradação dos solos, à degradação dos recursos hídricos e ao desperdício de insumos. Considerando os preceitos da agricultura conservacionista, inúmeras práticas de manejo de solo, de planta e de gleba são passíveis de serem utilizadas para solucionar os problemas. Diante disso, o objetivo deste trabalho foi avaliar a influência da quantidade de adição de fitomassa e da escarificação no controle do escoamento superficial e das perdas de solo em áreas de produção de grão sob plantio direto na escala de encosta durante eventos significativos de chuva. O monitoramento foi conduzido em seis macroparcelas retilíneas, com dimensões de 70x80m e declividade média de 9%, em um Latossolo Vermelho. O estudo foi realizado em Júlio de Castilhos/RS, entre 2014 e 2016 observando as respostas no escoamento superficial e concentração de sedimentos em suspensão durante eventos significativos de chuva. Em cada uma das macroparcelas, diferentes manejos de solo (três sem e três com escarificação) e de cobertura em função da rotação de culturas (duas de baixa e quatro de média adição de fitomassa). As práticas agrícolas na condução das parcelas seguiram as recomendações técnicas para a produção de grãos (soja/trigo/aveia) no sul do Brasil. Foram monitorados nove eventos significativos de chuva durante 12 meses. Os dados do monitoramento foram avaliados para caracterizar a magnitude das respostas hidrológica e erosiva entre os tratamentos ao longo do tempo. Os resultados demonstram que ambas as práticas, reduzem o escoamento superficial e as perdas de solo. Entretanto, a adição de fitomassa demonstrou maior eficiência do que a escarificação. Os resultados também demonstram que para eventos extremos de precipitação as duas práticas não são capazes de controlar todo o escoamento superficial. Além disso, o monitoramento ao longo dos eventos demonstrou o comportamento da vazão e da concentração de sedimentos, possibilitando compreender o mecanismo de resposta hidrológica dos diferentes eventos de chuva para as diferentes condições de manejo ao longo do ano e entre os eventos.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:29:16Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2494.pdf: 6194893 bytes, checksum: 76ad5b4fd4e5668de2ce2fac914de3ac (MD5) Previous issue date: 2009-05-27 / The fluviological analysis is an important tool for planning and managing watersheds once that, by means of the characterization of discharges regime and the pulse of a water curse, it helps to indicate their hydrological state and the contributes to handle the natural resources with focus on ecosystemic services. Using secondary data and knowledge of statistics hydrology, as well computational tools, this study assessed and compared the main discharge variables and the pulse of the rivers situated in the Tietê - Jacaré Water Resources Management Unit. In spite of similar climatic conditions of the basins, the indicators have shown that there is grayer instability of the pulse of River Jaú when compared to the Rivers Jacaré-Pepira; Jacaré-Guaçu and Boa Esperança. The River Jaú has presented the lowest specific minimum discharges and the greatest specific maximum discharges as well as the lowest specific permanence discharges. Also it was the only river to reach, during the study period, the critical drought weather discharge estimates by the Hydrological Regionalization Method for São Paulo State. Furthermore, the fluvial diagram of the River Jaú was most instable and the least predictable, showing a greater number of pulses, the greatest maximum tension and the lowest average amplitude. The environmental analysis has indicated that greater instability of the pulse of the River Jaú is directly related to the poor index of natural vegetal cover and to the high level of risk of the consumption uses of its water. Therefore, based on the method of analysis of multiple criteria with the aid of a Geographic Information System, the present study suggests a proposal of prioritization of areas for Legal Forest within the watershed. / A análise fluviológica é uma ferramenta importante para o planejamento e o gerenciamento de bacias hidrográficas, pois permite, através da caracterização do regime de vazões e do pulso de um curso d água, indicar seu estado hidrológico, contribuindo desta forma para nortear o manejo dos recursos naturais visando a prestação dos serviços ecossistêmicos. Utilizando-se de dados secundários, de conhecimentos básicos de hidrologia estatística e de ferramentas computacionais, este estudo avaliou e comparou as principais variáveis de vazão e o pulso de rios localizados na Unidade de Gerenciamento de Recursos Hídricos Tietê - Jacaré. Os indicadores utilizados mostraram, apesar das condições climáticas semelhantes nas bacias, a maior instabilidade do pulso do Rio Jaú quando comparado aos Rios Jacaré-Pepira; Jacaré-Guaçu e Boa Esperança. O Rio Jaú apresentou as menores vazões mínimas específicas, as maiores vazões máximas específicas e as menores vazões específicas de permanência; sendo o único rio a atingir, no período analisado, a vazão crítica de estiagem estimada pelo Método de Regionalização Hidrológica do Estado de São Paulo. Além disso, o fluviograma do Rio Jaú foi o mais instável e o menos previsível, apresentando o maior número de pulsos, a maior tensão máxima e a menor amplitude média. A análise ambiental indicou que a maior instabilidade do pulso do Rio Jaú está diretamente relacionada ao baixo índice de cobertura vegetal natural e ao elevado grau de comprometimento dos usos consuntivos da água em relação a disponibilidade. Diante deste quadro, foi apresentada uma proposta de priorização de áreas para Reserva Legal no âmbito da bacia hidrográfica através do método da análise de múltiplos critérios com o auxílio de um Sistema de Informações Geográficas.

Made available in DSpace on 2015-05-14T12:36:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ArquivoTotalDienert.pdf: 3002239 bytes, checksum: 1f7cba7924f2a080510a72b608e59d82 (MD5) Previous issue date: 2013-02-28 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The On-Demand Distributed Computing Infrastructure (OddCI) makes use of a broad-cast communication network for allocating a large-scale set of processors aimed at High Throughput Computing (HTC). A broadcast network example is a Digital TV system whose signal is transmitted to thousands of receivers simultaneously. These receivers are machines with significant processing power available in our houses in increasing quantities and can be used as processing units. However, these potential processors are not completely dedicated, should be voluntarily ceded and may fail (turned off during the use), which makes them highly volatile resources. In other words, there are no guar-antees about the time they remain dedicated to a task. Thus, it is necessary to use mech-anisms able to deal with this volatility and to optimize the collective availability of the-se devices. This work aims at investigating OddCI architecture coordination heuristics, seeking for intelligent ways to allocate or release devices under the coverage of the broadcast network through sending collective messages with the goal of coordinating the allocated processors amount. In order to meet the established Service-Level Agree-ment (SLA), factors as resources population, volatility and number of simultaneous re-quests are considered among others. The efficiency of the coordination heuristics has been studied in a Digital TV network environment, through experiments with simula-tion. As results, we identified the most significant factors, the resulting effects and re-strictions in the evaluated scenarios. In the scenario where the backend infrastructure has limited capacity, the main factors were the size of the application image used by the instances and the number of concurrent instances, meeting the most extreme case of 4MB applications, 80 concurrent instances and volatilities of 40% with 50% of the re-quired parallelism. In the scenario where the minimum makespan was the goal, the main factors were the volatility, the population (and the devices availability), and meeting 50 concurrent instances with reduction of only 15% of the required average flow in the case of the smaller population with higher volatilities of up to 40%, showing how far the results have been favorable in each scenario. / A Infraestrutura Computacional Distribuída sob Demanda (On-Demand Distributed Computing Infrastructure OddCI) é uma arquitetura que utiliza como base uma rede de comunicação em broadcast para compor um ambiente em larga escala de processadores visando à computação dealta vazão (High Throughput Computing HTC). Um exemplo de rede de broadcast é o sistema de Televisão Digital cujo sinal é transmitido para milhares de receptores simultaneamente. Estes receptores são máquinas de significativo poder de processamento que estão em crescente aquisição pela população brasileira e podem ser utilizados como unidades de processamento para atingir alta vazão. Entretanto, esses potenciais processadores não são completamente dedicados e são cedidos voluntariamente, o que os tornam recursos altamente voláteis. Em outras palavras, não há garantias sobre o tempo que permanecem dedicados à uma tarefa. Assim, se faz necessária a utilização de algoritmos compensatórios que tratem essa volatilidade e otimizando adisponibilidade coletiva dos dispositivos. Este trabalho apresenta heurísticas de coordenação da arquitetura OddCI, que buscam convidar ou excluir dispositivos sob a cobertura da comunicação através de mensagens coletivas com o objetivo de coordenar a quantidade alocada de processadores, com vistas à atender acordos de nível de serviço (Service-Level Agreement SLA) estabelecidos. As heurísticas de coordenação são validadas por meio de simulação.

O fator de compressibilidade (Z) de gás natural é utilizado em vários cálculos na engenharia de petróleo (avaliação de formações, perda de carga em tubulações, gradiente de pressão em poços de gás, cálculos de balanço de massa, medição de gás, compressão e processamento de gás). As fontes mais comuns de valores de Z são medições experimentais, caras e demoradas. Essa propriedade também é estimada por correlações empíricas, modelos baseados no princípio dos estados correspondentes ou equações de estado (EOS). Foram avaliadas as capacidades das EOS de Soave-Redlich-Kwong (SRK), Peng-Robinson (PR), Patel-Teja (PT), Patel-Teja-Valderrama (PTV), Schmidt-Wenzel (SW), Lawal-Lake-Silberberg (LLS) e AGA-8 para previsão desta propriedade em aproximadamente 2200 pontos de dados experimentais. Estes pontos foram divididos em quatro grupos: Grupo 1 (Presença de frações C7+, Grupo 2 (temperaturas inferiores a 258,15 K), Grupo 3 (pressões superiores a 10000 kPa) e Grupo 4 (pressões inferiores a 10000 kPa). Os cálculos utilizando as equações de estado sob diferentes esquemas de previsão de coeficientes binários de interação foram cuidadosamente investigados. Os resultados sugerem que a EOS AGA-8 apresenta os menores erros para pressões de até 70000 kPa. Entretanto, observou-se uma tendência de aumento nos desvios médios absolutos em função das concentrações de CO2 e H2S. As EOS PTV e a EOS SW são capazes de predizer o fator de compressibilidade (Z) com desvios médios absolutos entre os valores calculados e experimentais com precisão satisfatória para a maioria das aplicações, para uma variada faixa de temperatura e pressão. Este estudo também apresenta uma avaliação de 224 métodos de cálculo de Z onde foram utilizadas 8 correlações combinadas com 4 regras de mistura para estimativa de temperaturas e pressões pseudorreduzidas das amostras, junto com 7 métodos de caracterização das propriedades críticas da fração C7+, quando presente na composição do gás. Em função dos resultados são sugeridas, para diferentes tipos de sistemas, as melhores combinações de correlações com regras de mistura capazes de predizer fatores de compressibilidade (Z) com os menores erros absolutos médios relativos / The compressibility factor (Z-factor) of natural gases is necessary in many petroleum engineering calculations (evaluation of formation, pressure drop through a pipe, pressure gradient in gas wells, material balance calculations, gas metering, gas compression and processing). The most common sources of Z-factor values are experimental measurements, which are expensive and time consuming. This property is also estimated from empirical correlations, corresponding state models or equations of state (EOS) when experimental data is unavailable. Capabilities of Soave-Redlich-Kwong (SRK), Peng-Robinson (PR), Patel-Teja (PT), Patel-Teja-Valderrama (PTV), Schmidt-Wenzel (SW), Lawal-Lake-Silberberg (LLS) and AGA-8 to predict this property of 2200 data points under various schemes of binary interaction numbers are thoroughly investigated. This database was split on four groups: Group 1 (presence of hydrocarbon plus fraction - C7+), Group 2 (temperatures lower than 258.15 K), Group 3 (pressures higher than 10000 kPa) e Group 4 (pressures lower than 10000 kPa). The best results were obtained from EOS AGA-8 for pressures up to 70000 kPa. However, an increasing trend in average absolute deviations was observed as a function of CO2 e H2S concentrations. EOS PTV and EOS SW are capable to predict the compressibility factor (Z) with average absolute deviation between calculated and experimental values with satisfactory accuracy for most applications for a wide range of temperature and pressure. This study also presents an evaluation of 224 possible methods of calculating the gas compressibility factor, based on 8 correlations and corresponding state models, combined with 4 mixing rule that predict the pseudo-reduced pressure and temperatures of the mixture, that were combined with 7 methods of characterizing the plus fraction critical properties when present in the gas composition. Results suggest for different systems conditions, the best correlation and mixing rule combination capable of predicting Z-factor with the least average absolute relative error

Esta pesquisa teve por objetivo geral analisar a relação existente entre as variáveis chuva e vazão na bacia hidrográfica do Rio Paranaíba, abrangendo áreas dos estados de Goiás - (GO), Minas Gerais - (MG), Mato Grosso do Sul - (MS) e do Distrito Federal - (DF), Brasil. A bacia de estudo está inserida na região hidrográfica do Paraná, ocupando parte das regiões Centro- Oeste e Sudeste do país e possui uma área de drenagem de 223.000 km². Para a realização deste trabalho foram utilizados dados pluviométricos e fluviométricos diários, disponibilizados pela Agência Nacional de Águas (ANA) de 52 postos, sendo 26 para cada variável, compreendendo uma série histórica de 38 anos (1975 a 2012). Após a tabulação dos dados, foram desenvolvidas as seguintes etapas que contribuíram para o entendimento da relação chuva-vazão: estatística prévia dos dados, coeficiente de variação, determinação de vazões específicas, Índice Padronizado de Estiagem Pluviométrica (IESP), pluviogramas e fluviogramas, gráficos de dispersão, coeficientes de correlação de Pearson entre as duas variáveis e Decomposição das Séries para análise de tendências. Os resultados demonstraram uma média anual de precipitação de 1.468,4 mm, ocorrendo de forma sazonal, sendo de outubro a março o período chuvoso e de setembro a abril o período de estiagem. O regime de vazões acompanhou o comportamento pluviométrico, apresentando durante a estação chuvosa, um aumento nos valores médios de vazões que foram de 28,4 m³/s em outubro a 88,1 m³/s em março e uma diminuição nos valores médios de vazões dentro do período de estiagem que foram de 69,6 m³/s em abril a 24,6 m³/s em setembro. Diante de todos os postos, os picos e as baixas de precipitações incidiram diretamente no regime de vazões, devendo-se considerar o período de retardo do aumento da vazão em relação ao início das chuvas. Quanto as correlações entre as variáveis chuva e vazão, esta se mostrou positiva e forte, comprovando o fato de que quanto maior o acumulado total de chuvas, maior também é o volume de vazões. A análise de tendências utilizando a Decomposição das Séries evidenciou tendência de redução das vazões em 42,3% dos postos, aumento em 34,6% dos postos, 15,4% primeiramente de redução e a posteriori de aumento e 7,7% inicialmente de aumento e depois de redução do regime fluviométrico. / The main objective of this research was to analyse the association between rainfall and runoff variables in the Paranaíba River Basin which comprehends some areas of the states of Goiás - (GO), Minas Gerais - (MG), Mato Grosso do Sul - (MS) e do Distrito Federal - (DF), Brazil. The study basin is located in the Paraná Hydrographic Region, comprising part of the Midwest and Southeast regions and covering a drainage area of 223.000 km². For the purpose of this research, daily pluviometric and fluviometric data were obtained from the Brazilian Government National Water Agency (ANA) of 52 stations, 26 for each variable, based on a 38 year series (from 1975 to 2012). After tabulating the data, the following methodologies contributed to the understanding of the relationship between rainfall-runoff: preliminary statistical data, coefficient of variation, determination of specific flows, The Standardized Precipitation Index (SPI), rainfall charts and stage hydrographs, dispersion graphs, Pearson Linear Correlation between both variables and Decomposition of Series for trend analysis. The results indicate an annual average of precipitation of 1.468,4 mm in a seasonal regime from October to March (rainy season) and from April to September (dry season). The runoff regime accompanies the rainfall, presenting during the rainy season, an increase in the mean values from 28,4 m³/s in October to 88,1 m³/s in March and a decrease within the dry season from 69,6 m³/s in April to 24,6 m³/s in September. For all the stations, the peaks and low rainfall focused directly on the runoff regime and it should be considered the delay period in the increase of the runoff in relation to the beginning of the rain. With regard to the correlation between rainfall and runoff variables, it was positive and strong, which shows that the higher the total amount of rainfall is, the greater the runoff is. The trend analysis using the Decomposition of Series presented a runoff reduction trend of 42,3% of the stations, an increase of 34,6% of them, firstly 15,4% of reduction and next of increase and initially7,7% of increase and then a reduction of the fluviometric regime. / Dissertação (Mestrado)

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This research was motivated due to the importance that water occupies in animal and vegetable life. The principal objective was to study the availability of water of the Uberabinha River basin for the public supply of Uberlândia, beginning with the historical evolution of the use of the soil and the annual rainfall. The municipal district of Uberlândia is located in the southwestern part of the state of Minas Gerais in the Mesorregião of the Triângulo Mineiro. For the achievement of this work, first, a bibliographical survey was made on the theme: water. The following step was to become familiar with the study area. Preliminary field work was put into operation in the basin, traveling along the entire perimeter with the help of a GPS receptor and topographical charts. Later, material was collected as to the flow of the Uberabinha River, the quantity dammed up for public supply of the city and the pluviometrical indexes on a seasonal scale from 1976-2004. The flow-behaviour factor was analyzed in each one of those years and the respective pluviometrical indexes. At another time, the flow averages were examined in the dry months from May to September with the averages of the indexes in the same period to understand flowbehaviour. To fulfil the proposed objectives maps from 1964, 1979, 1994 and 2004 were utilized and the tabulation of their respective categories. During the process, it was possible to establish that the soil in the basin is intensely utilized, with practices considered harmful to the environment, understood as to its social-historical and also ethical dimension that passes through the scientific, technical, social-economic and political universe. Thus it was necessary to talk about environment education in order to motivate changes in daily practices, since the purpose of this research was to verify whether the use of the soil in the basin was endangering the supply of water for the city. / Esta pesquisa teve suas razões motivadas pela importância que a água ocupa na vida dos animais e dos vegetais. O objetivo central foi estudar a disponibilidade de água da bacia do rio Uberabinha para o abastecimento público de Uberlândia, a partir da evolução histórica do uso do solo e da distribuição anual de chuvas. O município de Uberlândia está localizado na porção sudoeste do estado de Minas Gerais na Mesorregião do Triângulo Mineiro. Para a consecução do trabalho, primeiramente, fez-se o levantamento bibliográfico sobre o tema água; o passo seguinte foi conhecer a área em estudo; realizou-se, então, um trabalho de campo preliminar na bacia, percorrendo-se todo o seu perímetro com o apoio de um receptor de GPS e das cartas topográficas. Posteriormente, coletou-se material referente à vazão do rio Uberabinha a montante da captação de água para o abastecimento público da cidade e aos índices pluviométricos na escala temporal de 1976-2004. Analisou-se o comportamento das vazões em cada um dos anos e os respectivos índices pluviométricos. Em outro momento, foram examinadas as médias das vazões nos meses de estiagem de maio a setembro com as médias dos índices no mesmo período para entender o comportamento das vazões. Para cumprir os objetivos propostos utilizaram-se os mapas de uso de 1964, 1979, 1994 e 2004 e a tabulação de suas respectivas categorias. No decorrer do processo, foi possível constatar que o solo da bacia em estudo é intensamente utilizado, com práticas consideradas prejudiciais ao meio ambiente, entendido na sua dimensão sócio-histórica e também ética que perpassa pelo universo científico, técnico, socioeconômico e político. Foi necessário, portanto, contextualizar a educação ambiental a fim de incentivar mudanças nas práticas cotidianas, uma vez que o propósito dessa pesquisa foi averiguar se o uso do solo na bacia estava comprometendo o abastecimento de água para a cidade. / Doutor em Geografia

Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de Minas Gerais / The Araguari river hydrographic basin (BHRA) presents an area of 22,146.23 km2 and is located in a region of Minas Gerais State with high water demand by agriculture, industry and humans, which leads to high environmental costs, including damage of natural water resources systems. The frequent land use changes related to such activities often degrade water resources and therefore should be monitored in order to provide effective environmental management strategies, consistent with conservation activities of existing water streams. In this context, considering the need of efficient water resources management programs, the hydrological modeling becomes an important tool to help monitoring and management activities of water resources found in the watershed. Among numerous hydrological models, we can highlight (as used in this research) the ones having functions to overcome the demand for reliable and continuous data sets. In other words, these models can overcome situations where there is total or partial lack of data collected by hydrometeorological stations and even simulate situations/hypothetical scenarios for verification of some phenomena, for example, the behavior of stream flows. Thus, the objective of this research is to use a hydrological modeling to study the stream flow of BHRA, considering changes in land use and natural vegetation. The selected hydrological model was the Modelo de Grandes Bacias (MGB), developed by Instituto de Pesquisas Hidráulicas (IPH) from the Federal University of Rio Grande do Sul (UFRGS). The effects of land use and land cover (LULC) changes (time period of 1975-2010) in the stream flow regime were evaluated. The main LULC changes in the study area in this time period was the replacement of natural grasslands (Campo limpo, Campo sujo and Campo Cerrado) by croplands and cultivated pasturelands, as result of great increase of economic activities in this region. In 2010, the natural vegetation was reduced to nearly half of found in 1975 (88,93% and 42,97% of basin covered by natural vegetation in 1975 and 2010, respectively). Cultivated pasturelands increased from 8,41% in 1975 to 30,59% in 2010. Croplands increased from 2% in 1975 to 23,02% in 2010. The MGB was adjusted to simulate daily stream flows of the BHRA based on rainfall, climate and stream flow data gathered by eight rain gauged stations, 54 rainfall stations, besides the following spatial data: digital elevation models derived from the Shuttle Radar Topography Mission (SRTM); soil, geomorphology, geology and two-year LULC map (1975 and 2010). The calibration and simulation of MGB for BHRA showed good fit between observed (ANA) and calculated stream flow (MGB). The BHRA was then divided into sub-basins for further analysis. The Ibiá sub-basin showed better results of calibration and simulation of daily stream flows. The stream flows of Fazenda São Mateus, Desemboque and Fazenda Letreiro sub-basins were also analyzed. The Fazenda Letreiro sub-basin, the one that presented highest levels of LULC changes in the time period considered (conversion of 53,56% of natural vegetation into croplands and cultivated pasturelands) showed an increase of maximum (38,8 m3/s), minimum (2,29 m3/s) and average (5,78 m3/s) stream flow and for annual laminar flow (231,35 mm/year) as well. Hypothetical scenarios were simulated for the Ibiá sub-basin and compared with the stream flow results estimated by MGB for the year 2010. For actual LULC conditions, the measured and the estimated mean stream flows were quite similar. In a scenario of 100% of natural vegetation cover, the minimum stream flow increased 2,28 m3/s. In a scenario of 100% of cultivated pasture, the maximum stream flow presented highest increase of 36,18 m3/s. The use of the model and the analyses conducted in this study were considered satisfactory to meet the proposed research objectives. / A bacia hidrográfica do rio Araguari (BHRA) - MG, apresenta área de 22.146,23 km2 localizados em uma região de grande consumo de água pela agricultura, indústria e pelas pessoas, o que acarreta altos custos ambientais, incluindo danos aos sistemas hídricos naturais. As constantes alterações de uso da terra relacionadas a tais atividades são potencialmente degradantes dos recursos hídricos e devem ser conhecidas para que se possa planejar a gestão dos ambientes de forma coerente com a preservação dos cursos d água existentes. Neste contexto, frente a necessidade de gestão dos recursos hídricos, a modelagem hidrológica é uma ferramenta importante e eficiente no sentido de auxiliar o monitoramento e gestão das águas presentes nas bacias hidrográficas. Dentre as inúmeras aplicações dos modelos hidrológicos, podemos destacar (como utilizado nesta pesquisa) que eles têm a função de suprir a demanda de dados confiáveis e contínuos em locais onde existe total ou parcial ausência de dados coletados pelas estações hidrometeorológicas e ainda de simular situações/cenários hipotéticos para verificação de alguns fenômenos, a exemplo do comportamento da vazão dos rios presentes área de estudo. Desta forma, o objetivo geral desta pesquisa é realizar uma modelagem hidrológica para o estudo da vazão da BHRA, a partir das mudanças do uso da terra e cobertura vegetal nativa. O modelo hidrológico utilizado foi o Modelo de Grandes Bacias (MGB), do Instituto de Pesquisas Hidráulicas (IPH), da UFRGS. Foram avaliados os efeitos das mudanças de uso da terra e cobertura vegetal nativa (período de 1975 a 2010) na resposta da vazão na bacia. As principais mudanças de uso da terra e cobertura vegetal nativa na BHRA neste período foram a substituição da classe campestre (Campo limpo/Campo sujo/Campo cerrado) pelas classes de atividades agropecuárias, devido ao grande avanço destas atividades econômicas na região. Em 2010, a cobertura vegetal nativa se reduziu praticamente a metade dos valores calculados para o ano de 1975 (passou de 88,93% para 42,97%). A classe de Pastagem aumentou de 8,41% (1975) para 30,59% (2010) e a classe de Agricultura aumentou de 2% (1975) para 23,02% (2010). O MGB foi ajustado para a simulação de vazões diárias a partir dos dados de chuva, clima e vazão observadas de 8 estações fluviométricas, 54 estações pluviométricas, além de dados espaciais: Modelo Digital de Elevação (SRTM), mapa de solos, mapa de unidades geomorfológicas, mapa geológico e mapas de uso da terra e cobertura vegetal nativa (1975 e 2010) da BHRA. O processo de calibração do modelo e simulação para a BHRA permitiu verificar um bom ajuste entre as vazões observadas (ANA) e calculadas (MGB). A BHRA foi dividida em sub-bacias para melhor análise, sendo a sub-bacia Ibiá aquela que apresentou melhores resultados na calibração e simulação de vazões diárias. Além da sub-bacia Ibiá, foram analisadas as vazões das sub-bacias Fazenda São Mateus, Desemboque e Fazenda Letreiro pertencentes à BHRA. A sub-bacia Fazenda Letreiro, sub-bacia que teve mais mudanças de uso da terra e cobertura vegetal nativa no período considerado (com a substituição de 53.56% da cobertura vegetal nativa transformada em agricultura e pastagem) apresentou um aumento para as vazões máxima (em 38,8 m3/s), mínima (em 2,29 m3/s), média (em 5,78 m3/s) e lâmina escoada anual (231,35 mm/ano), no período de 1975 a 2010. Foram simulados cenários hipotéticos para a sub-bacia Ibiá e comparados os resultados com os dados de vazão calculados pelo MGB, do ano de 2010. Em relação aos dados de vazão do cenário real de 2010: a vazão média para os cenários hipotéticos propostos se manteve praticamente equiparada, o cenário 100% Cobertura vegetal nativa apresentou maior alteração em relação a vazão mínima (aumento de 2,28 m3/s) e o cenário de 100% Pastagem apresentou a maior alteração na vazão máxima (aumento de 36,18 m3/s). A utilização do modelo e as análises realizadas foram consideradas satisfatórias para cumprir os objetivos da pesquisa. / Doutor em Geografia

A precipitação é uma das principais variáveis hidrológicas analisadas antes de ser fornecida como dado de entrada aos modelos chuva-vazão. As dificuldades para quantificar o valor da chuva, de modo a representar o evento que verdadeiramente ocorre na bacia hidrográfica, provêm principalmente da alta variabilidade espacial da precipitação, da quantidade de postos distribuídos em uma área, das falhas existentes nas séries pluviométricas (falhas nos aparelhos, no processamento dos dados e por perdas dos dados). Uma das formas de quantificar o valor da chuva em uma determinada área para uso em modelos concentrados chuva-vazão, a partir de uma rede de pluviômetros, pode ser com base na Media Aritmética ou na Mediana, que foi uma das propostas desta pesquisa. Os métodos para se obter estas estatísticas pontuais seriam mediante a utilização dos cálculos diretos aplicados nos postos presentes dentro dos limites da bacia, ou através dos valores dos nós de uma grade regular localizados no interior da bacia, com os valores destes nós estimados por interpolação de medidas pontuais posicionadas no interior e fora dos limites da bacia. Os interpoladores utilizados foram o Inverso do Quadrado da Distância, O Vizinho mais Próximo, O Vizinho Natural e a Triangulação Linear. O método de interpolação mais adequado, para as situações encontradas nas séries de precipitação, foi selecionado com o uso da Técnica da Validação Cruzada, ao qual, o método do Vizinho Natural apresentou melhor desempenho. As séries das precipitações médias e medianas diárias obtidas pelos Cálculos Diretos, e após a espacialização com o Interpolador Vizinho Natural, foram utilizadas como dados de entrada no modelo chuva-vazão concentrado conceitual IPH II, versão WIN_IPH II, em diferentes escalas de bacias hidrográficas embutidas (9426 a 19,5 Km² ). Os resultados das vazões simuladas pelo modelo, após os processos de calibração, com o uso da calibração monoobjetivo SCE-UA, evidenciaram o melhor método, Cálculos Diretos ou Interpolação, e a estatística pontual, Media ou Mediana, que foi mais adequada a partir do desempenho do modelo nas etapas de calibração e de verificação dos parâmetros resultantes. Concluiu-se que além das falhas existentes influenciarem nas chuvas médias e medianas obtidas por cálculos diretos, a mediana não é uma estatística que representa bem o volume de chuva ocorrente na bacia, pois produziu baixo desempenho no modelo e valores de parâmetros sem significado físico para bacias rurais. Observou-se uma melhora nas duas estatísticas pontuais, após o cálculo da chuva média e da mediana com base nos valores dos nós da grade regular no interior da bacia, estimados pelo interpolador Vizinho Natural. O uso das estatísticas pontuais obtidas por este método produziu bom desempenho do modelo nas etapas de calibração e de verificação. A chuva média obtida por interpolação com o Vizinho Natural foi a estatística mais representativa para a maior parte das escalas analisadas. Este trabalho também mostrou a possibilidade de se fazer à transferência de parâmetros do modelo IPH II, com o uso da melhor estatística pontual, de bacias maiores para bacias menores, com o intuito de verificar situações para obtenção de vazões em bacias menores que não possuem medições fluviométricas. / Precipitation is a key hydrological variables analyzed before being supplied as input to rainfall-runoff models. The difficulties to quantify the amount of rain in order to truly represent the event that occurs in the watershed, primarily come from the high spatial variability of precipitation, the number of stations distributed in an area of flaws in the rainfall series (faults in apparatus in data processing and for loss of data). One way to quantify the amount of rainfall in a given area for use in concentrated rainfall-runoff models, from a network of rain gauges, can be based on the arithmetic mean or median, which was one of the purposes of this research. The methods to obtain these statistics would be off by using the direct calculations applied in these posts within the limits of the basin, or through the values of the nodes of a regular grid located inside the basin, we estimated these values by interpolation offs positioned inside and outside the boundaries of the basin. The interpolators used were the Inverse Square Distance, Nearest Neighbor, The Natural Neighbor and Linear Triangulation. The interpolation method most appropriate to the situations found in the precipitation series, was selected by using the Cross Validation technique, which the Natural Neighbor method showed better performance. The series of daily precipitation means and medians obtained by direct calculations, and after the spatial interpolator with Natural Neighbor, were used as input to rainfall-runoff model focused conceptual HPI II, version WIN_IPH II, at different scales of watersheds embedded (9426 to 19.5 km ²). The results of the simulated flows by the model after the calibration procedures, calibration using the SCE-UA monoobjetivo, showed the best method, Direct calculations or interpolation, and timely statistics, mean or median, which was more appropriate to the performance stages of the model calibration and verification of resulting parameters. It was concluded that besides the existing faults influence on rainfall averages and medians obtained by direct calculations, the median is a statistic that well represents the volume of rainfall occurring in the basin, because it produced lower scores in the model and parameter values without physical meaning to rural basins. We observed an improvement in the two point statistics, after calculating the mean and median rainfall based on the values of the nodes of regular grid within the basin, estimated by the Natural Neighbor interpolation. The occasional use of statistics obtained by this method produced good performance of the model in steps of calibration and verification. The average rainfall obtained by interpolation from the Natural Neighbor was statistically more representative for most of the scales analyzed. This work also showed the possibility of making the transfer of model parameters HPI II, using the best statistical point of basins larger for smaller basins, in order to check conditions for obtaining flows in smaller basins that have no measurements gauged.