Orientador : Prof. Dr. Irani dos Santos / Tese (doutorado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Ciências da Terra, Programa de Pós-Graduação em Geografia. Defesa: Curitiba, 03/08/2016 / Inclui referências : fls. 98-113 / Área de concentração / Resumo: Os processos de armazenamento e transferência de carbono orgânico dissolvido (DOC) na paisagem são governados por interações entre processos hidrológicos e biogeoquímicos. Entretanto, a relação explícita no enriquecimento da água armazenada na bacia dada a interação de fontes de DOC, teores de carbono orgânico no solo (SOC) e a dinâmica do aquífero raso ainda é parcialmente compreendida e descrita. Neste estudo, o aquífero raso foi monitorado em uma rede de 12 poços implementados na encosta e nas zonas ripárias da bacia hidrográfica do rio Sagui (0,24 km²), localizada na região sul-brasileira. A concentração de DOC no aquífero raso foi quantificada assim como o teor de SOC, associados com o monitoramento hidrológico do aquífero raso e canal e análises estatísticas para avaliação da relação entre o funcionamento hidrológico da bacia e a variabilidade espaço-temporal da concentração de DOC no aquífero raso. Os poços monitorados exibiram comportamentos distintos com relação aos níveis do aquífero raso, teor de SOC e concentração de DOC, indicando ainda um controle sazonal na produção e armazenamento de DOC. Observou-se uma área de saturação dinâmica na encosta associada ao aquífero raso mais próximo da superfície (50% do tempo com nível freático menor que 0,5 m), rápida ascensão e lentos rebaixamentos. A relação entre a concentração de DOC e nível do aquífero raso assume um decaimento exponencial variável em profundidade para a seção de encosta influenciada pela ocorrência de solos com menores teores de SOC em profundidade, com limite máximo quando o aquífero raso se encontra próximo a superfície (nível freático menor que 0,1 m). Em condições de menor umidade, estes locais apresentam ainda as maiores concentrações de DOC na bacia dada a rápida dinâmica de ascensão e lento rebaixamento do aquífero raso próximo da superfície e do enriquecimento da água devido ao elevado teor de SOC nos horizontes superficiais do solo. Nas zonas ripárias, o aquífero raso apresenta rápidas ascensões e recessões durante a ocorrência de eventos associados a um déficit reduzido de armazenamento no perfil do solo. Nestes locais, observou-se ainda os maiores teores de SOC no perfil o solo, sem decaimento definido com a profundidade. Em períodos de maior armazenamento de água na bacia, as zonas ripárias apresentam as maiores concentrações de DOC em comparação a encosta. Nestes períodos as zonas ripárias e encostas apresentam reduzido déficit de saturação e uma situação de conectividade quasi-permanente onde as frações de DOC produzidas entre eventos são mobilizadas continuamente das áreas saturadas da encosta para a zona ripária. Este estudo indica que, em bacias hidrográficas de cabeceira em condições subtropicais, a dinâmica das áreas fontes de carbono orgânico dissolvido estão relacionadas ao comportamento do aquífero raso e os mecanismos de geração de escoamento. Palavras-chave: carbono orgânico dissolvido, aquífero raso, mecanismos de geração de escoamento, hidrologia de encosta. / Abstract: Storage and fluxes of dissolved organic carbon (DOC) are governed by interactions between hydrological and biogeochemical processes in landscape. However, the relationship of DOC enrichment in catchment water storage are poorly described due uncertainties on the interaction of shallow groundwater dynamics and soil organic carbon. We monitored a network of 12 shallow groundwater wells on hillslopes and riparian zone in a 0.24 km² catchment in southern Brazil. We used DOC analysis and soil organic carbon measurements together with groundwater and stream gauging and statistical analyses to evaluate relationships between catchment functioning and the spatiotemporal variability of DOC concentration. Riparian zone and hillslopes had a contrasting behaviour in relation of groundwater level, SOC content and DOC concentration showing a marked seasonality on DOC yield and storage. We observed a highly dynamic saturation area (50% with water table level below 0,5 m) in the lower foot slopes where groundwater was characterised by a rapidly rising and a slowly decaying during storm events. In the hillslopes, the relationship between DOC concentration and GW level follows an exponential function with depth and highly affected by soils with lower SOC contents in depth and higher DOC concentrations when GW shows a water table level within 0,1 m of the soil surface. During the driest period, the lower foot slopes shows higher DOC concentrations due the persistence of GW at or very near saturation and the water enrichment due the highest SOC content on superficial layers of soil. In the riparian zone, GW shows quickly rising and falling limb on the hydrograph during rainfall events associated with a reduced water storage deficit. Riparian zone soils were characterized with the highest SOC contents with no explicit relation between depth and decaying. During the wettest period, the riparian zones showed highest DOC concentration than hillslopes. In these periods, both riparian zone and hillslopes showed a reduced water storage deficit and a quasi-permanent hydrological connectivity where DOC production between rainfall events are transported continuously from saturated areas on hillslopes to riparian zones. This study demonstrated that DOC spatial sources in headwater systems in subtropical environments are linked with streamflow generation processes and GW dynamics. Keywords: dissolved organic carbon, shallow groundwater, streamflow generation processes, hillslope hydrology.

Orientador : Ph.D. Daniel Costa dos Santos / Coorientador : Ph.D. Berry Gersonius / Tese (doutorado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Recursos Hídricos e Ambiental. Defesa: Curitiba, 28/03/2016 / Inclui referências : p. 121-130 / Resumo: O desenvolvimento das áreas urbanas e a consequente impermeabilização dos solos são responsáveis por grandes alterações no ciclo hidrológico natural. Enquanto ocorre a diminuição das taxas de evapotranspiração e infiltração, há um aumento no volume de escoamento superficial além da diminuição do tempo de concentração das bacias hidrográficas. No Brasil, grande parte das áreas urbanas se desenvolveram sem o devido planejamento o que, aliado a cultura de projeto, contribuiu para a implementação de sistemas tradicionais de drenagem, os quais visam o lançamento da água de escoamento superficial o mais rápido possível em um corpo hídrico receptor. Tal abordagem vai de encontro às metas de sustentabilidade e constam de soluções inadequadas para o controle de poluição e das inundações. No entanto, o uso de soluções alternativas está longe de se tornar realidade no Brasil. Apesar disso, há um crescente desenvolvimento de ferramentas de gestão que visam auxiliar o processo de tomada de decisão e a implementação de abordagens mais sustentáveis para as áreas urbanas. Por outro lado, não há consenso quanto a melhor abordagem a se utilizar. Neste contexto, o presente trabalho objetivou adaptar o Urban Water Use (UWU) Model, no intuito de tornar viável a avaliação de medidas de drenagem urbana sustentável (SuDS) e auxiliar o processo de tomada de decisão, além de contribuir para o debate e modernização da infraestrutura de drenagem urbana no Brasil. A metodologia foi dividida em duas etapas principais: o desenvolvimento do módulo de drenagem (Etapa 1), e a aplicação do modelo (Etapa 2). Foram implementados sete indicadores e cinco medidas de SuDS. Não obstante, o método de formulação dos cenários foi adaptado. A seguir, o modelo foi aplicado em uma pequena bacia urbana (208;44 hectares) na Região Metropolitana de Curitiba (RMC), no norte da bacia do Rio Belém. Quatro cenários foram formulados para um horizonte de projeto de 30 anos e cinco diferentes grupos de medidas (GMm) foram propostos. As seguintes medidas foram utilizadas: trincheiras de infiltração, pavimentos permeáveis, utilização de águas pluviais nas edificações, bacias de detenção e bioretenções. As visions foram estabelecidas com base nas estimativas iniciais e seus atuais valores. Os resultados demonstraram a possibilidade de avaliação dos grupos de medidas de drenagem urbana sustentável considerando o atendimento ou não aos critérios estabelecidos por meio de indicadores e metas refletidas nas visions. Além disso, foi possível se estabelecer interfaces entre o sistema de drenagem urbana e o de abastecimento de água por meio do uso de água da chuva nas edificações e as tabelas de parametrização do consumo residencial. Excetuando-se os grupos de controle (GM0 and GM5), os resultados mostraram que a combinação de bacias de detenção, bioretenções e coleta de água de chuva (GM2) forma o melhor grupo de medidas para a área de estudo considerando os critérios avaliados. Portanto, o UWU Model se mostrou útil no processo de tomada de decisão para o planejamento de medidas de drenagem urbana. Nesse sentido, a principal contribuição do presente trabalho foi a adaptação do modelo, fornecendo um ambiente integrado para avaliação das medidas. Trabalhos futuros devem ser desenvolvidos no sentido de testar o modelo em outras áreas buscando a adição de novos indicadores e medidas. Palavras-chave: UWU Model; sistemas de drenagem sustentáveis; abordagem integrada, planejamento estratégico; tomada de decisão. / Abstract: It is well known that developed urban areas are characterized by alteration of the natural hydrologic cycle. Whereas evapotranspiration and infiltration decrease, there is an increase in the runoff volume. In Brazil, many urban areas have developed without any kind of planning. It has led to the implementation of drainage systems which primarily focus on collecting, transporting and disposing as quickly as possible the runoff into a receiving water body. These systems, called traditional systems, were not designed in agreement with the sustainability goals, and appears to be an inadequate solution to flood control since it has contributed to flooding downstream and to water body pollution. However, alternative solutions are still incipient in Brazil due to many issues that remain uncertain regarding the use of such technologies. Currently, some tools are being developed in order to assist the decision-making process and help planners to implement more sustainable approaches in cities, but the debate remains as the best approach. In this context, present work aimed at improving the Urban Water Use (UWU) Model and implement it as a decision-making support tool for sustainable urban drainage systems and contribute to the discussion and modernization of urban drainage infrastructure in Brazil. The methodology was divided into two main phases which were the drainage module development (Phase 1) and a case study application (Phase 2) in order to test the whole model. Seven indicators and five sustainable drainage measures were implemented. Notwithstanding, the scenarios formulation approach was adapted. Hereafter, the model was applied in a small study area (208:44 hectares) in the Curitiba Metropolitan Region (CMR), located within the Belém river basin. Four future scenarios were formulated considering a design period of 30 years and five different groups of measures (GMm) were tested. The groups of measures combined the following structural measures: infiltration trenches, permeable pavements, rainwater harvesting, stormwater detention basins, and bioretention. The visions were established based on current and initial estimates and six simulations were performed in order to test the model outcomes. The results demonstrate the possibility of evaluating groups of drainage measures as to meet the indicators' visions in the formulated scenarios by using the UWU Model structure. Notwithstanding, the simulations showed that drainage measures can be evaluated in an integrated context linking the rainwater harvesting devices and the water usage per appliance in the buildings. Disregarding the control groups (GM0 and GM5), the results showed that a combination of detention basins, bioretentions and rainwater harvesting devices (GM2) was the best group of measures to the study area considering the selected indicators. Therefore, the UWU Model could be useful in the decisionmaking process when planning the drainage measures for urban areas. In this sense, this work main contribution was to adapt the original model and provide an integrated environment for drainage measures evaluation. Further work could implement other indicators and measures and integrate the drainage measures with sewage system indicators. Key-words: UWU Model; sustainable drainage system; integrated approach, strategic planning; decision-making.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:23:10Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2013-02-28Bitstream added on 2014-06-13T19:29:14Z : No. of bitstreams: 1 farias_vls_me_jabo.pdf: 592649 bytes, checksum: 95ca8f892a4c04d1493e87c003749ea0 (MD5) / A erosão entressulcos é considerada, dentre as formas de erosão hídrica, responsável pela degradação do solo reduzindo sua capacidade produtiva, em razão da perda de solo, água e nutrientes a ele associado por meio da enxurrada. O objetivo deste trabalho foi analisar as concentrações e perdas de nutrientes nos sedimentos e água da enxurrada em área sob cultivo de cana-de-açúcar com sistema conservacionista, considerando-se variáveis como fósforo (P), potássio (K), cálcio (Ca), magnésio (Mg), sódio (Na), matéria orgânica (MO), razão de adsorção de sódio (RAS), demanda bioquímica de oxigênio (DBO520), condutividade elétrica (CE), pH e a turbidez . A presença de resíduos de cana-de-açúcar em superfície alterou a hidráulica do escoamento reduzindo as perdas de solo e água por erosão em entressulcos. Considerou-se que uma concentração de K superior a 2,0 mg L-1 presente na água é crítica para fins de irrigação. Deste modo, a água da enxurrada para todos os tratamentos apresentaram concentrações de K superiores ao referido valor (7,2 a 8,2 mg L-1). As concentrações de P na água da enxurrada podem ser consideradas críticas para fins de irrigação e início de eutrofização da água. Quanto a RAS, CE, DBO520, turbidez e pH foi possível afirmar que a água proveniente da enxurrada, devido a processo de erosão em entressulcos, classifica-se nos limites estabelecidos pela Resolução Conama no 375/2005 para corpos de água doce de Classe I / The interrill erosion is considered among the forms of water erosion, soil degradation responsible for reducing its production capacity due to the loss of soil, water and nutrients associated with it through the flood. The objective of this study was to analyze the concentration and losses nutrients in runoff water and sediments in areas under cultivation of cane sugar with conservation systems, analyzing environmental variables in ecosystems, such as the concentration of total forms of phosphorus (P), potassium (K), calcium (Ca), magnesium (Mg), sodium (Na), organic matter (OM), sodium adsorption ratio (SAR), biochemical oxygen demand (DBO520), pH and turbidity in the runoff water. It is considered that a concentration of K exceeding 2.0 mg L-1 present in water is critical for irrigation purposes. Thus, runoff water for all treatments had concentrations greater than the said value (7.2 mg L-1 to 8.2 mg L-1). The presence of residues of sugar cane surface reduces water loss by interrill erosion; concentrations of K and P in runoff water can be considered critical for irrigation and early water eutrophication. As the RAS, CE, BOD5, turbidity and pH was possible to say that the water from runoff due to interrill erosion process, falls within the limits established by CONAMA Resolution No 375/2005 for freshwater bodies Class I

Orientador : Daniel Costa dos Santos, Ph. D. / Coorientador : Cesar Augusto M. Destro, Dr / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Recursos Hídricos e Ambiental. Defesa: Curitiba, 31/03/2017 / Inclui referências : f.87-92 / Resumo: O processo de urbanização e de expansão das cidades tem sido constante nos últimos anos. O Brasil não é uma exceção deste fenômeno. Estas mudanças têm alterado o ciclo hidrológico natural, produzindo um aumento do escoamento superficial e diminuição da infiltração. Por conseguinte, foram concebidos os Sistemas Urbanos de Drenagem Sustentável (SuDS) para gerir os riscos ambientais advindos do escoamento superficial das águas urbanas. Desta maneira, o desenvolvimento urbano, quando devidamente planejado, representa avanços tecnológicos e proporcionam benefícios na infraestrutura de um determinado local, assim, esta pesquisa teve como objetivo principal a avaliação do modelo Urban Water Use (UWU) num caso de estudo na bacia do rio Belém cuja área é de 148 hectares, localizada na cidade de Curitiba, com projeção de 30 anos. A fim de propor medidas que promovam melhorias à mesma, o estudo foi conduzido em 4 etapas. Inicialmente foi realizada a caracterização da área de estudo com informação de caráter social, geológico, climático e técnico. Logo após, foram locadas e predimensionadas as medidas de SuDS. As seguintes medidas foram utilizadas: microreservatório; telhado verde; trincheiras de infiltração; pavimentos permeáveis; bacias de detenção; bioretenção e wetlands construídos. Posteriormente, foi aplicado o modelo UWU para a hierarquização e seleção do melhor grupo de medidas. No intuito de testa-lo, foram diagnosticadas as possíveis mudanças socioeconômicas e ambientais na área de estudo. Os indicadores estudados foram a vazão de escoamento critico superficial, a qualidade de escoamento superficial em cargas de contaminantes como são o Nitrogênio Kjendahl Total (NTK), Fosforo Total (PT), Sólidos Suspensos Totais (SST) e cobertura de abastecimento de água. Esta última foi usada para demonstrar a integração entre os sistemas de bacias urbanas. A formulação levou à elaboração de quatro cenários futuros em função de fatores externos como são o crescimento populacional, taxa de inflação e o efeito das mudanças climáticas na temperatura e intensidades da precipitação, além da formulação de seis grupos de medidas (GM). O GM5 influencia toda a área de estudo e foi considerado o melhor, tendo alcançado 3.34, valor considerado "bom" de acordo com a escala Índice de Efetividade (IE). O segundo melhor grupo foi o GM6 localizado sobre a Área de Proteção Permanente (APP). Futuros estudos de implementação poderiam ser feitos por etapas das medidas de drenagem, sendo o GM6 a área mínima de implementação, projetando até o GM5 permitindo á vez um maior envolvimento da comunidade na área. Demonstrou-se que o UWU fornece um ambiente de planejamento estratégico para a tomada de decisões que contribuem na sustentabilidade de áreas urbanas. Nos fatores externos, o aumento do crescimento populacional e da intensidade são os quais tiveram maior impacto sobre os indicadores de sustentabilidade. Por outro lado, a taxa de inflação e a mudança da temperatura são os indicadores de menor impacto. Como recomendação para futuros trabalhos, sugere-se o desenvolvimento de outros indicadores com outras variáveis que permitam ter uma maior sensibilidade dos fatores externos. Nesta etapa, a abordagem integrada entre as partes interessadas e envolvimento da comunidade pode ser usada para determinar as prioridades. Além disso, foi evidenciada a necessidade de um planejamento correto sobre o uso do solo e da ocupação urbana, com a finalidade de se obter a minimização dos impactos em decorrência das novas urbanizações e consequentemente a diminuição dos gastos da cidade de Curitiba com obras de correção e ampliação dos sistemas de drenagem urbana. Palavras-chave: modelo UWU, medidas SuDS, abordagem integrada, planejamento estratégico, tomada de decisão. / Abstract: The process of urbanization and city's expansion has been constant in the last years. Brazil isn't an exception to this phenomenon. These changes have altered the natural hydrological cycle, producing an increase in surface runoff and decreased infiltration. Therefore, were designed the Sustainable Urban Drainage Systems (SuDS) to manage the environmental risks arising from the surface runoff of urban waters. In this way, the urban development, when properly planned, represents technological advances and provides benefits in the infrastructure of a local determined, so, this research have as main objective the evaluation of the Urban Water Use (UWU) Model in a case study in the Belém river basin, whose study area equals to 148 acres, located in the Curitiba city, with a projection horizont for 30 years. In order to propose measures to improve improvements to it, the study was conducted in 4 stages. The study area was initially characterized with social, geological, climatic and technical information. After that, the measures of SuDS were localized and predimensioned. The following measures were used: microreservatory; green roof; infiltration trenches, permeable pavement, stormwater detention basin, biorretention and constructed wetland. Posterioly, the UWU model was applied to the hierarchy and selection of the best group of measures. In order to test it, were diagnosed the possible socioeconomic and environmental changes in the study area. The indicators studied where the flow of superficial critical flow, the quality of runoff surface in contaminant loads as they are the Kjendahl Total Nitrogen (NTK), Total Phosphorus (PT), Total Suspended Solids (TSS) and water supply system coverage. The latter was used to demonstrate the integration between urban basin systems. The formulation led to the elaboration of four future scenarios based on external factors such as population growth, the rate of inflation and the effect of climate change on temperature and precipitation intensities, besides the formulaion of six measures groups. The GM5 influence the entire study area and was considered the best group, having reached 3.34, value is rated as "good" according to the Effectiveness Index (EI) value. The second best group was the GM6 located over the Permanent Protection Area (PPA). Future implementation studies could be made by stages of the drainage measures being GM6 the minimum area of implementation, projecting up to GM5 while allowing greater community involvement in the area. It was demonstrated that UWU model provides a strategic environment planning to decisions-make that contribute to the sustainability of urban areas. In external factors, the increase in population growth and intensity of rainfall have had the greatest impact on sustainability indicators. On the other hand, the infiltration rate and change in temperature are the indicators of lower impact. As a recommendation for future work, it is suggested the development of other indicators with other variables that allow a greater sensitivity of external factors. At this stage, the integrated approach between stakeholders and community involvement can be used to determine priorities. Furthermore, it was evidenced the necessity of a strategic planning on the use of the ground and of the urban occupation, with the purpose of minimizing the impacts as a result of the new urbanizations and consequently the cost reduction of Curitiba city with correction works and expansion of urban drainage systems. Key-words: UWU Model; sustainable drainage system; integrated approach; strategic planning; decision-making.

Orientadora : Profa. Dra. Nerilde Favaretto / Coorientador: Prof. Dr. Jeferson Dieckow / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Ciências Agrárias, Programa de Pós-Graduação em Ciência do Solo. Defesa: Curitiba, 23/02/2016 / Inclui referências : f. 29-36 / Area de concentração : Solo e ambiente / Resumo: A atividade agrícola contribui de forma significativa como fonte de poluição difusa, influenciando na qualidade da água. O objetivo desse trabalho foi avaliar os efeitos do uso e manejo do solo nas perdas de água, solo e nutrientes via escoamento superficial em encostas com diferentes sistemas (lavoura, integração lavoura-pastagem e pastagem) na Fazenda Experimental do Canguiri da Universidade Federal do Paraná, Pinhais - PR. Foram realizadas análises físicas e químicas para caracterização do solo. O escoamento superficial foi coletado após cada evento de precipitação pluviométrica no período de novembro de 2014 a outubro de 2015, onde foi determinada a perda de água, perda de solo e concentração de sedimento, fósforo solúvel, nitrogênio solúvel e carbono orgânico solúvel. Todas as encostas apresentaram pequenas perdas de água, solo e nutrientes, sendo a encosta com lavoura a que apresentou as maiores perdas, influenciadas pelo manejo e cobertura vegetal. A sazonalidade (inverno/verão) não influenciou nas perdas de água, solo e nutrientes. Palavras-chave: Qualidade da água, Escoamento superficial, Encosta, Índices topográficos, Sistema integrado de produção agropecuária. / Abstract: Agricultural activity is an important source of diffuse pollution, influencing water quality. The aim of this study was to evaluate the effects of the use and management of soil in water, soil and nutrients losses via runoff on large plots (small catchments) with different systems (crops, crop-pasture integration and pasture) in Canguiri Experimental Farm of the Federal University of Paraná, Pinhais - PR. Physical and chemical analyses were performed to characterize the soil. The runoff was collected after each rainfall event from November 2014 to October 2015, which was determined water loss, soil loss and sediment concentration, soluble phosphorus, soluble nitrogen and soluble organic carbon. All systems had low losses of soil, water and nutrients and the biggest losses occurred in crop system influenced by management and vegetation. The seasonality (winter/summer) did not influence the loss of water, soil and nutrients. Key-Words: Water quality, Runoff, Small Catchments, Topographic indices, Integrated croplivestock system.

Orientador: Marcilio Vieira Martins Filho / Banca: Carlos Eduardo Angeli Furlani / Banca: MillôrGodoy Sabará / Resumo: A erosão entressulcos é considerada, dentre as formas de erosão hídrica, responsável pela degradação do solo reduzindo sua capacidade produtiva, em razão da perda de solo, água e nutrientes a ele associado por meio da enxurrada. O objetivo deste trabalho foi analisar as concentrações e perdas de nutrientes nos sedimentos e água da enxurrada em área sob cultivo de cana-de-açúcar com sistema conservacionista, considerando-se variáveis como fósforo (P), potássio (K), cálcio (Ca), magnésio (Mg), sódio (Na), matéria orgânica (MO), razão de adsorção de sódio (RAS), demanda bioquímica de oxigênio (DBO520), condutividade elétrica (CE), pH e a turbidez . A presença de resíduos de cana-de-açúcar em superfície alterou a hidráulica do escoamento reduzindo as perdas de solo e água por erosão em entressulcos. Considerou-se que uma concentração de K superior a 2,0 mg L-1 presente na água é crítica para fins de irrigação. Deste modo, a água da enxurrada para todos os tratamentos apresentaram concentrações de K superiores ao referido valor (7,2 a 8,2 mg L-1). As concentrações de P na água da enxurrada podem ser consideradas críticas para fins de irrigação e início de eutrofização da água. Quanto a RAS, CE, DBO520, turbidez e pH foi possível afirmar que a água proveniente da enxurrada, devido a processo de erosão em entressulcos, classifica-se nos limites estabelecidos pela Resolução Conama no 375/2005 para corpos de água doce de Classe I / Abstract: The interrill erosion is considered among the forms of water erosion, soil degradation responsible for reducing its production capacity due to the loss of soil, water and nutrients associated with it through the flood. The objective of this study was to analyze the concentration and losses nutrients in runoff water and sediments in areas under cultivation of cane sugar with conservation systems, analyzing environmental variables in ecosystems, such as the concentration of total forms of phosphorus (P), potassium (K), calcium (Ca), magnesium (Mg), sodium (Na), organic matter (OM), sodium adsorption ratio (SAR), biochemical oxygen demand (DBO520), pH and turbidity in the runoff water. It is considered that a concentration of K exceeding 2.0 mg L-1 present in water is critical for irrigation purposes. Thus, runoff water for all treatments had concentrations greater than the said value (7.2 mg L-1 to 8.2 mg L-1). The presence of residues of sugar cane surface reduces water loss by interrill erosion; concentrations of K and P in runoff water can be considered critical for irrigation and early water eutrophication. As the RAS, CE, BOD5, turbidity and pH was possible to say that the water from runoff due to interrill erosion process, falls within the limits established by CONAMA Resolution No 375/2005 for freshwater bodies Class I / Mestre

Orientador: José Luiz Gasche / Banca: João Batista Campos Silva / Banca: Millena Martins Villar Vale / Resumo: Em compressores de refrigeração, as válvulas de sucção e descarga são responsáveis pela retenção e passagem do fluido refrigerante da câmara de sucção ao cilindro, e do cilindro à câmara de descarga. Projetistas trabalham para que essas válvulas tenham baixa perda de carga, aumentando a eficiência do processo. Como a abertura e o fechamento das válvulas são realizados por forças do próprio escoamento, o entendimento do escoamento através das mesmas é fundamental para melhorar o desempenho do sistema de válvulas. Esta tarefa pode ser realizada eficientemente com o uso de ferramentas numéricas. Devido à complexidade da geometria real das válvulas, encontram-se na literatura diversos trabalhos que utilizam modelos simplificados na representação das válvulas. Em particular, a geometria do difusor radial se destaca como o modelo simplificado mais utilizado nesse tipo de escoamento, e importantes conclusões foram obtidas devido ao uso adequado do modelo. O Método da Fronteira Imersa é um método promissor no estudo de problemas de geometria complexa e envolvendo interações de fluido-estrutura. Com esse método, é possível investigar o escoamento em modelos mais complexos, sem grandes complicações no processo de geração de malha. No presente trabalho, utiliza-se o método de Multi-Forçagem Direta proposto por Wang (2007) para os cálculos de forças na representação do corpo rígido. A solução do escoamento incompressível e viscoso é feita através do código AMR3D (Adaptive Mesh Refinement 3D), composto por um esquema de avanço temporal semi-implícito de segunda ordem e um método de projeção no acoplamento pressão-velocidade. A malha gerada pelo código consiste em blocos de refinamento localizado alocados de acordo com uma sequência de níveis de refinamento, que se adapta ao campo de vorticidade e a presença de uma fronteira imersa. O método numérico é... / Abstract: In refrigeration compressors, the suction and discharge valves are responsible for the retention and passage of the refrigerant fluid from the suction chamber to the cylinder, and from the cylinder to the discharge chamber. Valve system designers seek for valves with small overall flow pressure drop in order to increase the compressor efficiency. As the opening and closing of the valves are caused by the forces produced by the refrigerant flow, the understanding of the flow through the valve is of fundamental importance in order to enhance the efficiency of the valve system. The numerical simulation of the flow is an efficient method to perform this task. Due to the complex geometry usually found in this type of valve, simplified geometries have been used to represent the valve, particularly the radial diffuser geometry. The Immersed Boundary method is very attractive when it comes to complex geometries and fluid-structure interaction, for it allows the simulation of fluid flow past complex geometries, with boundary movement, without complicating the mesh generation process. In the present work, the Multi-Direct Forcing introduced by Wang (2007) is used for the rigid body force calculations. The incompressible, viscous flow is solved by the AMR3D (Adaptive Mesh Refinement 3D) which contains a semi-implicit time discretization scheme of second order and a projection method for the pressure-velocity coupling. The mesh generated by the code consists in sequences of nested, progressive finer rectangular grid patches, which dynamically adapts to the flows vorticity field and the presence of an immersed boundary. The numerical method is validated with experimental data obtained for the flow through the radial diffuser's geometry. A model that represents well the real geometry of the real valve is proposed, with angular movement imposed for valve opening and closing simulation. Results show that the ... / Mestre

Orientador: Sérgio Said Mansur / Co-orientador: Edson Del Rio Vieira / Banca: André Luiz Seixlack / Banca: Odenir de Almeida / Resumo: Neste trabalho realiza-se um estudo do escoamento no interior de um canal com protuberâncias parietais para números de Reynolds menores que 103. Os ensaios foram conduzidos em um túnel hidrodinâmico vertical. Perfis de velocidade na seção de testes, assim como a intensidade turbulenta do túnel e emissões de vórtices, foram adquiridos por meio da anemometria de fio/filme quente. Técnicas de visualização de escoamentos, também, foram empregadas em diferentes circunstâncias, com três objetivos fundamentais: como ferramenta de análise qualitativa, na identificação de padrões de escoamento; como mecanismo de apoio à realização de medidas experimentais, para auxiliar no correto posicionamento de sondas anemométricas; e, finalmente, como instrumento complementar de análise, para facilitar a interpretação de resultados. Em todos os casos o escoamento foi tratado estritamente bidimensional. Outro fator importante deste trabalho refere-se a reconstrução do túnel hidrodinâmico vertical, o qual situa-se no Laboratório de Visualização de Escoamentos do Departamento de Engenharia Mecânica da UNESP - campus de Ilha Solteira; que com grande empenho dos Professores Edson Del Rio Vieira, Sergio Said Mansur, Técnicos do laboratório e com uma pequena contribuição de minha parte pode-se finalizar esse projeto / Abstract: In the present work is accomplished a study of the flow within a channel with parietal 3 protuberances for Reynolds numbers less than 10 . The tests were conducted in a hydrodynamic tunnel vertical. Velocity profiles in the test section, as well as the turbulent intensity of the tunnel, vortex emissions were acquired through anemometry wire / hot film. Flow visualization techniques were employed as a tool for qualitative analysis, in the identification of flow patterns, as qualitative analytical tool to identify flow patterns; as a mechanism to support the implementation of experimental measurements, to assist in the correct positioning of airspeed probes; and finally as an additional tool of analysis, to facilitate interpretation of results. In every case the disposal was treated dimensional strictly. Another important factor of this work refers to the reconstruction of vertical hydrodynamic tunnel, which is located in the Flow View Laboratory, Department of Mechanical Engineering of UNESP - campus of Single Island; that with great commitment of Teachers Edson Vieira Del Rio, Sergio Said Mansur, lab technicians and a small contribution from me you can finish this project / Mestre

O estudo do escoamento ao redor de corpos submersos tem sido foco atual de muitas pesquisas. Em especial, escoamentos ao redor de obstáculos rombudos constituem sistemas de grande interesse prático em vários campos da engenharia e outras ciências como, por exemplo, na engenharia automobilística, na concepção de edificações submetidas à ação do vento, no estudo de correntes fluviais e marítimas sobre pilares de pontes, em risers, cabos de ancoragem e plataformas de captação de petróleo. O presente trabalho teve como objetivo principal o estudo por Simulação Numérica Direta do escoamento ao redor de um cilindro com dois graus de liberdade, submetido a Vibração Induzida por Vórtices (VIV), buscando o esclarecimento a cerca dos fenômenos tridimensionais de formação e evolução do escoamento em função da interação fluido-cilindro. As equações de Navier-Stokes e da continuidade são resolvidas numericamente usando esquemas de diferenças finitas compacto de sexta ordem na discretização espacial, em associação com um método de representação das fronteiras do cilindro, denominado Método de Fronteiras Imersas. Inicialmente foram realizadas simulações para os casos de cilindro fixo e em movimento forçado, onde os resultados mostraram que o código computacional consegue modelar satisfatoriamente os fenômenos físicos de acordo com os resultados encontrados na literatura. Para as simulações com cilindro fixo, em movimento forçado e em VIV, nota-se que as estruturas do escoamento tridimensional apresentam modos com comprimentos de onda alterados em função do movimento imposto. Os resultados das simulações em VIV com dois graus de liberdade, para Re = 1250 mostraram que as estruturas tridimensionais do escoamento sofrem significativas alterações espaciais e temporais em função dos parâmetros do modelo dinâmico. Foram identificados diferentes fenômenos de formação e emparelhamento dos vórtices que são modificados em função das condições impostas ao modelo massa-mola amortecimento. / The study of flow around submerged bodies has been the focus of many researches. In special, the flow around bluff bodies are systems of great practical interest in many fields of engineering and other sciences, e.g., the flow around vehicles, buildings submitted to the action of the wind, river and sea currents over pillars of the bridges, risers and cables in the oil platforms. The present work aims to study through Direct Numerical Simulation (DNS) the flow dynamics around a circular cylinder under Vortex-Induced Vibration with two degrees of freedom, searching for identify the changes in the three-dimensional structures of the street wake imposed by the interactions between the flow and the immersed cylinder. The simulations were performed using a sixth-order compact finite differences scheme associated to a Immersed Boundary Method (IBM) to represent the cylinder surface. Firstly, simulations of the flow around fixed and forced movement were accomplished. The computational code Incompact3d presented results in agreement with the literature. The validation of the code shown that is possible to obtain satisfactory results relate to the street wake behind cylinder and the force coefficients are in agreement with others experimental and numerical works. In case of free oscillating cylinder, several changes in the three-dimensional vortex shedding modes are observed as the parameters of the oscillating dynamic model was changed. It was observed that different three-dimensional structures are formed in the wake depending on the initial conditions of the mass-stiffness damping model. The results of the simulations at Reynolds numbers equal to 1250 presenting some hydrodynamic phenomena as paring and turbulent structures in the flow that are modifying during the time and in the computational domain.

Na erosão em entressulcos o solo é desagregado pela chuva e transportado pelo escoar de uma delgada lâmina de água, que, em seguida, na erosão em sulcos, se concentra em pequenos canais, com maior capacidade de desagregação de solo pela tensão cisalhante que se desenvolve. Este trabalho foi realizado com o objetivo de avaliar, na erosão em entressulcos, as condições hidráulicas, relações de desagregação e transporte do solo em condições de solo descoberto, bem como as condições hidráulicas e as taxas de desagregação com o solo coberto por palha de soja e, na erosão em sulcos, avaliar a erodibilidade do solo e as condições hidráulicas do escoamento em sulcos pré-formados em solo recém trabalhado e em solo com um ano de consolidação natural. Utilizou-se no estudo um Argissolo Vermelho distrófico típico. Em laboratório conduziram-se dois experimentos de erosão em entressulcos sob chuva simulada de uma hora e intensidade planejada de 75 mm h-1, sendo um dos experimentos com o solo descoberto e declives de 0,045; 0,09 e 0,18 m m-1, com solo saturado e sob drenagem livre e o outro com o solo sob as doses de 0; 0,05 ; 0,1; 0,2 ; 0,4 e 0,8 kg m-2 de palha de soja e declive de 0,10 m m-1. Um terceiro experimento de erosão em entressulcos foi realizado a campo com solo descoberto, declive de 0,0915 m m-1, com uma hora de chuva com intensidade de 75 mm h-1. No estudo da erosão em sulcos, dois experimentos foram conduzidos a campo em declive médio de 0,067 m m-1, pela aplicação de chuvas com intensidade de 70 mm h-1 durante 80 minutos. Nos últimos 20 minutos de chuva adicionaram-se fluxos extras de 0, 10, 20, 30, 40 e 50 L min-1 nos sulcos em solo recém preparado e de 0, 20, 40, 60, 80 e 100 L min-1, nos sulcos em solo consolidado. Determinaram-se valores de erodibilidade em entressulcos de Ki= 2,55x106 kg s m-4, de erodibilidade em sulcos de Kr= 0,0024 kg N-1 s-1 e tensão crítica de cisalhamento de Tc= 2,75 Pa. A presença de resíduos vegetais na superfície provocou um aumento da rugosidade hidráulica em entressulcos, com a conseqüente diminuição das taxas de desagregação do solo. O transporte de sedimentos em entressulcos foi melhor descrito por relações que contemplam a tensão cisalhante. O regime de escoamento nos sulcos passou de turbulento subcrítico em solo recém preparado, para turbulento supercrítico em solo consolidado, devido a diminuição da rugosidade superficial. Houve aumento da resistência e redução das taxas de desagregação do solo durante o período de consolidação. / Soil particles are detached by raindrop impacts in the interrill soil erosion process and transported by a thin layer of flowing water, which afterwards may concentrate in smail channels, thus increasing detachment capacity due to the shear stress of the flow acting on the channel walls. This study was conducted with the objective of evaluating hydraulics conditions, detachment and transport rates under bare soil conditions as well as under soul covered by soybean residues in the interrill erosion process and also to study the rill erosion process under conditions of fresh-tilled and consolidated soil. A sandy clay loam Paleudult soil was used. Three experiments were conducted for interrill soil erosion, two in laboratory applying one hour rainfall with intensity of 75 mm h-1 and one under field conditions, applying one-hour rainfall with intensity of 75 mm h-1. One laboratory experiment evaluated interrill erosion under saturated soil and with a free drainage after applying a water tension of 60 cm of water column, both with three slope conditions: 0,045; 0,090 and 0,180 m m-1. In a second laboratory study, interrill soil erosion was evaluated with soil covered by soybean residues with leveis of 0,00; 0,05; 0,10; 0,20; 0,40 and 0,80 kgm-', under slope of 0.1 m m-1. A third interrill experiment was conducted in the field with bare soil and slope of 0.0915 m m-1 under one hour 75 mm h-1 simulated rainfall. In the NI erosion studies, two field experiments were conducted, on a average slope of 0.067 m m-1 and using 80 minutes of simulated rainfall of 70 mm h-1. In the last 20 minutes of rainfall extra inflows were added at rates of 0, 10, 20, 30, 40 and 50 L min-1 in preformated rills on fresh tilled soil and 0, 20, 40, 60, 80 and 100 L min-1 in rills with one year of soil consolidation. Interrill soil erodibility of Ki= 2.55 x 106 kg s m-4, rill soil erodibility of Kr= 0.0024 kg N-1 s-1 and criticai shear stress of Tc= 2,75 Pa were determined for the used soil. The soybean residues on soil surface increased the hydraulic surface roughness and thus reducing the interrill soil detachment rates. The interrill sediment transport was more closely explained by relations that includes a factor for excess shear stress of the flow. In the rills the soil consolidation process changed flow conditions from subcritical turbulent on fresh tilled soil to supercritical turbulent flow on consolidated soil. The soil consolidation increased the soil strength and reduced the rill erosion detachment rates.