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Exploitation of groundwater and excess nutrient runoff are major issues plaguing agriculture and streams in the Lower Mississippi River Basin, and increased irrigation intensity has yielded a proportionate increase in water use. Quantifying the use and effects of conservation practices like on-farm water storage (OFWS) systems will justify continued adoption of these practices to mitigate groundwater decline and nutrient runoff. Since 2010, over 795 hectares of surface water storage has been added in the Big Sunflower River Watershed, and analysis of aquifer saturation shows a recent rise in the water table and a decrease in seasonal water table drawdowns. Modeling pre- and post- construction conditions of a small agricultural subwatershed shows little difference in runoff at the watershed outlet after the construction of an OFWS system, but field monitoring and modeling show more water retained within the system and the importance of management to maximize the benefits of conservation practices.

The design of wetlands to replace those lost to development requires quantitative understanding of the wetland water budget in order to estimate the amount of water available to the wetland over time. Many methods exist to estimate each component of the wetland water budget. In this study, monthly values of the water budget components namely, precipitation, runoff, evapotranspiration, and groundwater seepage were calculated using a water budget model and compared to on-site field measurements for a wetland in Manassas, Prince William County, VA. The monthly precipitation estimated from a weather station 32.18 km from the site differed from the on-site values by as much as 2.9 times. Runoff estimates calculated by the Soil Conservation Service (SCS) method using antecedent moisture condition (AMC) II underpredicted runoff for every month by as high as 100 percent compared to the on-site measured runoff. The choice of AMC greatly affected the SCS runoff estimates. Runoff was the dominant water budget component at the Manassas wetland. The evapotranspiration (ET) estimates using the Thornthwaite method either over or underestimated ET when compared to ET calculated from diurnal cycles of the water table in the wetland. Groundwater seepage losses were calculated using Darcy's equation with an assumed hydraulic gradient of one, and with gradients measured with nested piezometers. Seepage losses at the Manassas wetland were negligible. Overall, the water budget model provided conservative estimates of the available water in the wetland during the 10-month period of observation. / Master of Science

Concerning the physical availability of water in southwestern Virginia for a prospective coal slurry pipeline, a preliminary investigation was undertaken to determine the capacity requirements for offstream-type reservoirs dedicated to pipeline use only. Offstream-type reservoirs were considered in view of their several apparent advantages, such as minimum interaction with the normal environment of the stream, and that its operation would probably be left entirely to the pipeline management. Five local streams in the vicinity of the probable pipeline origins were considered in this study. The calculations were made according to several different scenarios conceived for future application to diversion from the stream. Each scenario assumes a series of different diversion rates from the stream when the stream discharge is within different fractional ranges of the mean discharge. Also considered as constrains in these calculations is a series of alternatives for the maximum diversion rates allowed from the stream at any time, to account for the capacity of the diversion or intake structure, as well as that of the conveyance line between the intake and the reservoir, as the latter would not probably be located directly next to the intake structure. These capacity alternatives were based on the predicted continuous demands of the pipeline with various annual throughputs. Mass curve analysis was used in the determination of a reservoir that will guarantee the continuous supply of water for the coal slurry pipeline during the whole period considered. The study was further complemented by determining the reliability characteristics of smaller-size reservoirs in terms of their recurrence intervals based on a partial duration low-flow series analysis. / M. S.

O objetivo do presente trabalho foi estudar a variabilidade espacial dos parâmetros da equação da condutividade hidráulica determinada no campo em função do conteúdo de água no solo, pelo método do perfil instantâneo, e avaliar a estabilidade temporal da armazenagem da água no solo, com vistas a identificação de um local de amostragem ótimo para a determinação da densidade de fluxo da água pela equação de Darcy-Buckingham. O estudo foi desenvolvido num Latossolo Vermelho Amarelo, textura areno-argiloso, em área experimental do Campus "Luiz de Queiroz", Universidade de São Paulo, município de Piracicaba, Estado de São Paulo, Brasil. Suas coordenadas geográficas são: 22° 42’ 43,3’’ de latitude sul, 47° 37’ 10,4’’ de longitude oeste e 456 m de altitude. A parcela experimental apresentava um comprimento de 45 m e uma largura de 15 m, na qual foram instalados 40 tubos de alumínio para acesso de uma sonda de nêutrons para medida do conteúdo da água no solo nas profundidades 0,20 m; 0,40 m; 0,60 m; 0,80 m e 1,00 m e cálculo da armazenagem da água no perfil 0- 1,0 m. A distribuição desses tubos foi feita na forma de uma grade de quatro colunas por dez linhas, com cada tubo distando de seu vizinho de 5 m. As funções K(θ) nos 40 pontos foram determinadas a partir das análises de regressão de θ em função de lnt e hz em função de lnt, durante o processo de redistribuição da água no solo. De posse das 40 funções K(θ) nas cinco profundidades estudadas, foram aplicadas as técnicas geoestatitisticas para o estudo da variabilidade espacial dos parâmetros θ0, K0 e γ da função. Foi realizada também a análise da estabilidade temporal da armazenagem da água no solo, ao longo do período de redistribuição da água no solo para verificar quais e quantos são os locais adequados para o monitoramento da água precisão aceitável e reduzido esforço amostral. Pelos resultados obtidos, pôde-se concluir que: a) os métodos geoestatísticos utilizados foram adequados para descrever a estrutura de dependência espacial dos parâmetros da relação da condutividade hidráulica em função da umidade do solo: θ0 , K0 e γ; b) para as três variáveis estudadas ( θ0 , K0 e γ) houve estrutura de dependência espacial dos parâmetros na escala utilizada com alcances máximos de 8,33, 19,09 e 10,35 m; c) a técnica da estabilidade temporal que possibilita identificar, no campo, o ponto, ou os pontos, que representam a média e os pontos que superestimam ou subestimam a média real de determinada variável, identificou, para os valores de armazenagem da água no solo do presente estudo, os pontos 19, 20 e 21 como os mais representativos da média geral do campo; d) a metodologia com base nos coeficientes de correlação de Spearman também permitiu concluir que os valores de armazenagem da água no solo, foram estáveis no tempo, para os 40 pontos amostrados. Palavras-chave: perfil instantâneo, estabilidade temporal, sonda de nêutrons, armazenagem / The objective of this work was to study the spatial variability of the parameters of the hydraulic conductivity equation determined in the field as a function of soil water content, by the instantaneous profile method, and to evaluate the soil water storage time stability, in order to identify a sampling location for the determination of soil water flux by means of Darcy-Buckingham equation. The study was carried out in a clay sandy Oxisol in the country of Piracicaba, State of São Paulo, Brazil (22º42’ 43,3’’ S, 47° 37’ 10,4’’ W, 546 m). The dimensions of the experimental plot were 45 m x 15 m in wich 40 aluminium tubes were installed to acess a neutron probe to measure the soil water content at the depths of 0.2, 0.4, 0.6, 0.8 and 1.0 m and, then, calculate the soil water storage of the 0 - 1.0 m soil layer. The distribution of these tubes were made in grid of four columns by ten lines in spacing of 5m x 5m. The Kθ functions were determined in the 40 points from regression analyses of θ as function lnt and hz as a function of lnt, being K the hydraulic conductivity, θ the volumetric soil water content, z h the soil water storage in the 0 - Z m layer and t the soil water redistribution time. With the 40 Kθ functions in the five studied soil depths, geostatistical techniques were used to evaluate the spatial variability of the parameters 0 θ , 0 K and γ of the function ( ) [ ] 0 0 exp θ θ γ − = K K , where the subindex o means lnt = 0. Soil water storage time stability analysis were also carried out along the soil water redistribution period in order to verify which and how many are the adequate locations for water monitoring with acceptable precisi on and reduced sample effort. From the results, the follwing could conclude: (i) the used geostatistical methods were adequate to described the spatial dependence structure of the parameters θ0 , Kθ0 and γ; (ii) there were a spatial dependence structure of the parameters in the used scale with maximum ranges of 8.33, 19.09 and 10.35 m; (iii) from the time stability technique, it was possible to identify the points 19,20 and 21 as the more representative of the field overall mean; (iv) the rank Spearmam coefficients also showed that the soil water storage of the 40 sampled points were in the time.

A serrapilheira é compreendida como a camada acima do solo formada a partir de materiais que caem da vegetação, funcionando como um mecanismo de interceptação da chuva. Apesar do processo de interceptação ser significativo em áreas de florestas, geralmente esse processo é subestimado ou mesmo negligenciado em modelos hidrológicos, justificado pela dificuldade na obtenção desses dados. Este projeto propôs o desenvolvimento de um equipamento que permite realizar medidas em campo da interceptação da serrapilheira em área de cerrado sensu stricto. Com o equipamento desenvolvido, LID (Litter Interception Device), são realizadas medidas do volume de água retido na serrapilheira e do volume que passa pela serrapilheira, atingindo o solo. O LID foi testado e calibrado em laboratório utilizando chuva simulada de três diferentes intensidades sobre o equipamento, contendo três quantidades diferentes de serrapilheira, 2,97, 1,45 e 0,60 kg.m-2. As amostras de serrapilheira utilizadas nos testes foram retiradas de uma área experimental de mata nativa de cerrado sensu stricto, localizada no município de Itirapina, Estado de São Paulo. As intensidades utilizadas foram definidas a partir de uma curva Intensidade-Duração-Frequência (IDF) gerada para a área experimental. Além do bom funcionamento do LID, os testes serviram para determinar os parâmetros Cmax e Cmin (capacidade máxima e capacidade mínima de armazenamento, respectivamente) da serrapilheira do cerrado sensu stricto. Os resultados mostraram que com o LID são realizadas medições da taxa de retenção de água na serrapilheira (mm.min-1), bem como de sua evaporação (mm.min-1) com precisão. Os testes para calibração do pluviógrafo revelaram que as medidas eram sempre subestimadas, necessitando utilizar uma curva de calibração (R2 = 0,99) para corrigir os registros da intensidade que passa para o pluviógrafo. Os valores encontrados para os parâmetros Cmax (1,0 a 3,07 mm) e Cmin (0,78 a 2,27 mm) corroboram com os encontrados por outros autores para a serrapilheira de diferentes florestas. Verificou-se que a variável quantidade de serrapilheira (kg) influencia mais nesses valores, do que a intensidade da chuva (mm.h-1). Conclui-se com os resultados que o LID pode ser utilizado em estudos que pretendam analisar o papel da serrapilheira em processos hidrológicos, sejam estes para a determinação da interceptação da chuva em campo, ou mesmo na determinação de parâmetros em laboratório. / Forest litter is the layer above the ground of the forest formed by materials that fall from the vegetation itself. The vegetation materials are through various stages of decomposition, functioning as a mechanism of rainfall interception. Although the interception process is significant in forested areas, this process is usually underestimated or even neglected in hydrological models due to the difficulties on obtaining these data. We proposed the development of a device that allows the field measurements of the forest litter interception in a cerrado sensu stricto area. The Litter Interception Device (LID), was tested and calibrated in the laboratory. We used simulated rainfall with three different intensities to test the device and also three different amounts of litter, 0.100, 0.230 and 0.470 kg. The litter samples used in the tests were taken from an experimental area of cerrado sensu stricto located in Itirapina, State of São Paulo, Brazil. The intensities of simulated rainfall were obtained from an Intensity-Duration-Frequency (IDF) curve made for the experimental area. Besides the LID functioning tests, the device was tested to determine the parameters Cmax and Cmin (maximum capacity and minimum storage capacity, respectively) of the cerrado sensu stricto forest litter. The results showed that the LID allows measurements of the volume of water retained in the forest litter (mm.min-1) as well as its evaporation (mm.min-1). The pluviometer calibration tests revealed that the measurements were always underestimated, requiring a calibration curve (R2 = 0.99) to correct the volume records that flow to the tipping bucket pluviometer. The values found for Cmax (1.0 - 3.07 mm) and Cmin (0.78 - 2.27 mm) are according with those found by other authors for different kinds of forest litters. It was verified that the variation in the amount of forest litter (kg) influenced more in these values, than the rainfall intensity (mm.min-1) . We concluded that the LID can be used in studies that intend to analyze the role of the forest litter in hydrological processes, whether they area for the determination of the interception of rain in the field or even and in laboratory studies to determine interception parameters of forest litter.

O objetivo deste trabalho foi avaliar a dureza e o módulo de elasticidade da região de adesão quando utilizados diferentes sistemas adesivos e uma resina composta imediatamente após o procedimento adesivo e após 6 meses de armazenamento, correlacionando esses valores com a resistência adesiva à dentina humana. Para isso foram medidos a dureza e o módulo de elasticidade da resina composta junto à área de união, da camada de adesivo, da camada híbrida, e da dentina adjacente utilizando testes de nanoendentação. Foram utilizados 40 molares humanos hígidos (n=10). Os dentes foram preparados de modo a obterem-se superfícies planas em dentina, sobre as quais os sistemas adesivos foram aplicados seguindo as instruções dos fabricantes. Foram utilizados quatro sistemas adesivos de diferentes formas de aplicação (Adper Scotchbond Multiuso, Adper Single Bond 2, Adper SE Plus e Clearfil SE Bond). Sobre essas superfícies foram inseridos incrementos de resina composta perfazendo 5 mm de altura. Após 24h de armazenamento em água destilada à 37ºC. Os dentes restaurados foram seccionados para obterem-se corpos-de-prova com área aderida de 1mm2. Dos corpos de prova viáveis, 2 palitos centrais de cada dente foram selecionados para análise da nanodureza e do módulo de elasticidade da interface adesiva. Os demais tiveram a resistência de união testada através do teste de microtração, sendo metade desses corpos de prova armazenados durante 6 meses em água à 37ºC. Foi aplicado o teste estatístico ANOVA para dois fatores para todas as variáveis do estudo. Para o fator tempo foi detectada diferença estatística entre os grupos para a resistência adesiva (p=0,042), para o módulo de elasticidade do adesivo (p=0,000) e nanodureza do adesivo (p=0,000), sendo os valores mais baixos observados após 6 meses de armazenamento. Para o fator adesivo, todos os grupos apresentaram diferenças estatísticas (p=0,000), exceto para a variável nanodureza da camada híbrida (p=0,255). O sistema adesivo Clearfil SE Bond apresentou os melhores valores para resistência adesiva e módulo de elasticidade da camada híbrida, juntamente com o sistema Scothbond Multiuso. Os piores desempenhos foram demonstrados pelo sistema adesivo Adper SE Plus. Para a interação, apenas a variável nanodureza do adesivo apontou diferença entre os grupos (p=0,028). O teste de correlação de Pearson detectou correlação significante para as variáveis de módulo de elasticidade, sendo negativa para o módulo de elasticidade do adesivo e positiva para o módulo de elasticidade da camada híbrida. A metodologia e os resultados apresentados permitem-nos concluir que as propriedades mecânicas estudadas (resistência adesiva, módulo de elasticidade do sistema adesivo e da camada híbrida, nanodureza do sistema adesivo e da camada híbrida) podem variar dependendo do sistema adesivo utilizado e do tempo de armazenamento após o procedimento adesivo ter sido realizado. Além disso, quanto maior o módulo de elasticidade da camada híbrida apresentado por um sistema adesivo maior será sua resistência adesiva e menor será o módulo de elasticidade apresentado pela camada de adesivo. / The aim of this study is to evaluate hardness and elasticity module of adhesive region of adhesive systems of different formulations immediately and 6 moths after the adhesive procedures. Those values will be compared to microtensile bond strength to human dentin. The hardness and elasticity module of composite resin next to adhesion region, adhesive layer, hybrid layer and dentin were evaluated. Forty sound human molars were used and prepared in order to obtain flat dentin surfaces in which the adhesive systems were applied following manufactures instructions (n=10). The groups were divided according the four adhesive systems: Adper Scotchbond Multipurpose, Adper Single Bond 2, Adper SE Plus and Clearfil SE Bond. Resin blocks of 5mm were constructed in those surfaces. After 24h of storage in distilled water at 37°C restored teeth were sectioned in order to obtain specimen with a bonded area of around 1mm2. Two specimen of each tooth were submitted to nanohardness and elasticity module test of adhesive interface. Half of the specimen were immediately submitted to the test with a crosshead speed of 0,5mm/min until fracture, the other specimen were stored for additional 6 month in 37ºC water prior to the test. The values resulting of all variables of the study were compared using ANOVA two-way. For the time factor, it was detected statiscal difference between groups in microtensile bond strength values (p=0,042), adhesive elastic modulus (p=0,000) and adhesive nanohardnes (p=0,000), the lowest values were observed in 6 months of storage. For adhesive factor, all groups presented statistical difference (p=0,000), except hybrid layer nanohardness (p=0,255). Clearfil SE bond and Scothbond systems presented the best values of bond strength and hybrid layer elastic modulus. The worse performance was demonstrated by Adper SE Plus adhesive system. For the interaction, only the adhesive nanohardness presents difference between groups (p=0,028). The Pearson correlation test detected positive correlation with microtensile bond strength tests and hybrid layer elastic modulus and negative correlation with bond strength and adhesive elastic modulus. The methodology and the results allow us to conclude that the studied mechanical properties (bond strength, modulus of elasticity of the adhesive and hybrid layer, nanohardness adhesive system and the hybrid layer) may vary depending on the adhesive system and time storage after the bonding procedures have been performed. Moreover, when an adhesive system presents a high elastic modulus of hybrid layer, it will present a high bond strength and low elastic modulus of adhesive layer.

O objetivo do presente trabalho foi estudar a variabilidade espacial dos parâmetros da equação da condutividade hidráulica determinada no campo em função do conteúdo de água no solo, pelo método do perfil instantâneo, e avaliar a estabilidade temporal da armazenagem da água no solo, com vistas a identificação de um local de amostragem ótimo para a determinação da densidade de fluxo da água pela equação de Darcy-Buckingham. O estudo foi desenvolvido num Latossolo Vermelho Amarelo, textura areno-argiloso, em área experimental do Campus "Luiz de Queiroz", Universidade de São Paulo, município de Piracicaba, Estado de São Paulo, Brasil. Suas coordenadas geográficas são: 22° 42’ 43,3’’ de latitude sul, 47° 37’ 10,4’’ de longitude oeste e 456 m de altitude. A parcela experimental apresentava um comprimento de 45 m e uma largura de 15 m, na qual foram instalados 40 tubos de alumínio para acesso de uma sonda de nêutrons para medida do conteúdo da água no solo nas profundidades 0,20 m; 0,40 m; 0,60 m; 0,80 m e 1,00 m e cálculo da armazenagem da água no perfil 0- 1,0 m. A distribuição desses tubos foi feita na forma de uma grade de quatro colunas por dez linhas, com cada tubo distando de seu vizinho de 5 m. As funções K(θ) nos 40 pontos foram determinadas a partir das análises de regressão de θ em função de lnt e hz em função de lnt, durante o processo de redistribuição da água no solo. De posse das 40 funções K(θ) nas cinco profundidades estudadas, foram aplicadas as técnicas geoestatitisticas para o estudo da variabilidade espacial dos parâmetros θ0, K0 e γ da função. Foi realizada também a análise da estabilidade temporal da armazenagem da água no solo, ao longo do período de redistribuição da água no solo para verificar quais e quantos são os locais adequados para o monitoramento da água precisão aceitável e reduzido esforço amostral. Pelos resultados obtidos, pôde-se concluir que: a) os métodos geoestatísticos utilizados foram adequados para descrever a estrutura de dependência espacial dos parâmetros da relação da condutividade hidráulica em função da umidade do solo: θ0 , K0 e γ; b) para as três variáveis estudadas ( θ0 , K0 e γ) houve estrutura de dependência espacial dos parâmetros na escala utilizada com alcances máximos de 8,33, 19,09 e 10,35 m; c) a técnica da estabilidade temporal que possibilita identificar, no campo, o ponto, ou os pontos, que representam a média e os pontos que superestimam ou subestimam a média real de determinada variável, identificou, para os valores de armazenagem da água no solo do presente estudo, os pontos 19, 20 e 21 como os mais representativos da média geral do campo; d) a metodologia com base nos coeficientes de correlação de Spearman também permitiu concluir que os valores de armazenagem da água no solo, foram estáveis no tempo, para os 40 pontos amostrados. Palavras-chave: perfil instantâneo, estabilidade temporal, sonda de nêutrons, armazenagem / The objective of this work was to study the spatial variability of the parameters of the hydraulic conductivity equation determined in the field as a function of soil water content, by the instantaneous profile method, and to evaluate the soil water storage time stability, in order to identify a sampling location for the determination of soil water flux by means of Darcy-Buckingham equation. The study was carried out in a clay sandy Oxisol in the country of Piracicaba, State of São Paulo, Brazil (22º42’ 43,3’’ S, 47° 37’ 10,4’’ W, 546 m). The dimensions of the experimental plot were 45 m x 15 m in wich 40 aluminium tubes were installed to acess a neutron probe to measure the soil water content at the depths of 0.2, 0.4, 0.6, 0.8 and 1.0 m and, then, calculate the soil water storage of the 0 - 1.0 m soil layer. The distribution of these tubes were made in grid of four columns by ten lines in spacing of 5m x 5m. The Kθ functions were determined in the 40 points from regression analyses of θ as function lnt and hz as a function of lnt, being K the hydraulic conductivity, θ the volumetric soil water content, z h the soil water storage in the 0 - Z m layer and t the soil water redistribution time. With the 40 Kθ functions in the five studied soil depths, geostatistical techniques were used to evaluate the spatial variability of the parameters 0 θ , 0 K and γ of the function ( ) [ ] 0 0 exp θ θ γ − = K K , where the subindex o means lnt = 0. Soil water storage time stability analysis were also carried out along the soil water redistribution period in order to verify which and how many are the adequate locations for water monitoring with acceptable precisi on and reduced sample effort. From the results, the follwing could conclude: (i) the used geostatistical methods were adequate to described the spatial dependence structure of the parameters θ0 , Kθ0 and γ; (ii) there were a spatial dependence structure of the parameters in the used scale with maximum ranges of 8.33, 19.09 and 10.35 m; (iii) from the time stability technique, it was possible to identify the points 19,20 and 21 as the more representative of the field overall mean; (iv) the rank Spearmam coefficients also showed that the soil water storage of the 40 sampled points were in the time.