Publicación a texto completo no autorizada por el autor / El documento digital no refiere asesor / Explica la metodología ingenieril por la que se dio solución al problema que existía en la comunidad nativa de San Juan de Cajeriari acerca de la forma inadecuada de abastecimiento del recurso hídrico por parte de la población, con lo que incidían en la ocurrencia principalmente de enfermedades gastrointestinales, en desmedro de la calidad de vida de los pobladores de la comunidad. Es por ello que se realiza el diseño hidráulico del sistema de abastecimiento de agua por gravedad (captación, línea de conducción, reservorio, línea de aducción, redes de distribución) para la comunidad Nativa San Juan de Cajeriari, impulsado por el distrito de la jurisdicción, dentro de los objetivos del plan operativo institucional del año 2015. El proyecto en la etapa de inversión tiene como principal objetivo dar solución a la problemática mencionada el acceso al recurso hídrico de necesidad primaria por parte de la población de la comunidad nativa San Juan de Cajeriari. El resultado plantea la solución óptima y de calidad, acorde con las nuevas tecnologías, proponiendo un diseño hidráulico del sistema de abastecimiento, con datos y necesidades de campo. / Trabajo de suficiencia profesional

Publicación a texto completo no autorizada por el autor / El documento digital no refiere asesor / Abastece la demanda de agua para satisfacer el requerimiento de los distintos procesos productivos de la empresa a tomando como fuente un pozo subterráneo existente y evacuar las aguas residuales hacia un colector ya que la zona donde se ubica la planta no cuenta con el servicio público de agua potable y alcantarillado. Para obtener los datos iniciales para la línea de abastecimiento se procedió a medir la profundidad del pozo y la altura del tanque elevado. El promedio de consumo diario de agua se tomó de los datos del área de producción. Para la línea de alcantarillado también se procedió a medir las dimensiones del pozo séptico y el tiempo de carga. La metodología empleada conllevó a realizar los cálculos hidráulicos correspondientes para el dimensionamiento de bombas y tuberías. / Trabajo de suficiencia profesional

LOPES, A. A. S. Desenvolvimento de uma metodologia, com base na teoria Fuzzy, aplicada a modelos da demanda bioquímica de oxigênio (DBO) e oxigênio dissolvido (OD), para calcular o risco de degradação ambiental em rios naturais. 2009. 140 f. Tese (Doutorado em Engenharia Civil: Saneamento Ambiental) – Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2009. / Submitted by Marlene Sousa (mmarlene@ufc.br) on 2016-04-01T14:54:29Z No. of bitstreams: 1 2009_tese_aaslopes.pdf: 4415239 bytes, checksum: 62577cd21d90eabe3cff5b7b0fbbae00 (MD5) / Approved for entry into archive by Marlene Sousa(mmarlene@ufc.br) on 2016-04-01T17:13:46Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2009_tese_aaslopes.pdf: 4415239 bytes, checksum: 62577cd21d90eabe3cff5b7b0fbbae00 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-04-01T17:13:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2009_tese_aaslopes.pdf: 4415239 bytes, checksum: 62577cd21d90eabe3cff5b7b0fbbae00 (MD5) Previous issue date: 2009-10-23 / On the basis of the Principles of the Mass Transport, the mathematical model developed in this study establishes the relations between the Biochemical Oxygen Demand (BOD) and Dissolved Oxygen (DO), for different sources of launchings. The application of the fuzzy theory in this model of pollutant transport allows that the existing uncertainties in the variable involved in these processes, specifically in the solution of the advective diffusion equation, is able to evaluate the risks of contamination of a water system ahead of the pollutant substance launching. The fuzzy methodology was developed with the objective to transform the mathematical model of DBO/OD into a set of fuzzy differential equations, where the main parameters in this model had been represented as Membership functions. A computational program was developed for this study, codified in language FORTRAN 90, that allows us to construct models of simulation of water quality, on the basis of the methodology proposed. Some distinct scenes had been considered that describe the alterations in the quality of the water in natural rivers, on the basis of the investigation of the hydraulics parameters, in the formations of the membership functions of the concentration and in the propagation of a pollutant cloud. The results present the analyses of the risk of environmental degradation, and the analyses of the guarantee, that are influenced by the hydraulics and hydrologics parameters, standing out the outflows for any type of launching, the bed slope and the roughness. In synthesis, the fuzzy methodology is a tool of planning and management of water resources and, an alternative procedure when applied to the processes of pollutant transport / Com base nos Princípios de Transporte de Massa, o modelo matemático desenvolvido neste estudo estabelece as relações entre a Demanda Bioquímica do Oxigênio (DBO) e o Oxigênio Dissolvido (OD), para diferentes fontes de lançamentos. A aplicação da teoria fuzzy neste modelo de transporte de poluente permite que as incertezas existentes nas variáveis envolvidas nestes processos, especificamente na solução da equação da difusão advectiva, sejam capazes de avaliar os riscos de contaminação de um sistema hídrico diante dos lançamentos de substâncias poluentes. A metodologia fuzzy foi desenvolvida com o objetivo de transformar o modelo matemático de DBO/OD em um conjunto de equações diferenciais fuzzy, onde os principais parâmetros, contidos neste modelo, foram representados como funções de pertinência. Um programa computacional foi desenvolvido para este estudo codificado em linguagem FORTRAN 90, que permite construir modelos de simulações para qualidade da água, com base na metodologia proposta. Foram propostos alguns cenários distintos que descrevem as alterações na qualidade da água em rios naturais, com base na investigação dos parâmetros hidráulicos, nas formações das funções de pertinência da concentração e na propagação de uma nuvem poluente. Os resultados apresentam as análises do risco de degradação ambiental, e da garantia, que são influenciadas pelos parâmetros hidráulicos e hidrológicos, ressaltando as vazões para qualquer tipo de lançamento, a declividade e rugosidade. Em síntese, a metodologia fuzzy mostrou-se uma ferramenta para o planejamento e para gestão dos recursos hídricos, e um procedimento alternativo quando aplicado aos processos de transporte de poluente

Ingeniero Civil / En esta memoria se presenta un análisis del comportamiento hidráulico de siete sumideros de aguas lluvias, basados en las experiencias realizadas por el Instituto Nacional de Hidráulica entre los años 2004 y 2006, en una plataforma de ensayo en escala 1:1. Para esta memoria se estudiaron 5 sumideros de reja, un sumidero de reja fuera de la calzada y un sumidero de reja en desnivel en relación a la calzada. El objetivo principal es analizar los datos experimentales obtenidos y compararlos con los resultados entregados por diferentes modelos teóricos. Con lo anterior, se obtuvo rangos de validez de los modelos además de proponer una nueva formulación para determinar la eficiencia de captación. Para llevar a cabo lo anterior, se analizaron 6 modelos teóricos existentes en la literatura que permitieron determinar la eficiencia de captación y se compararon con los resultados experimentales. Junto con lo anterior, se realizó un análisis dimensional del fenómeno que busca determinar una relación entre la eficiencia de captación y las demás variables que definen el fenómeno. Finalmente, se pudo concluir qué modelos se adaptan mejor a cada sumidero estudiado, además de determinar los rangos en los cuales son válidos los resultados, encontrándose que el modelo recomendado en la Guía de diseño y especificaciones de elementos urbanos de infraestructuras de aguas lluvias. Servicio de Vivienda y Urbanismo (SERVIU) , es el que entrega los mejores resultados. Además, del análisis dimensional, se propone una nueva relación de tipo potencial de la eficiencia de captación en función del cuociente entre la altura de escurrimiento y el ancho del sumidero.

Submitted by Flasleandro Oliveira (flasleandro.oliveira@cprm.gov.br) on 2014-03-19T18:05:54Z No. of bitstreams: 1 diss_fabio_beling.pdf: 5488763 bytes, checksum: e92ee502d52216f999b0bd2f5cd24627 (MD5) / Approved for entry into archive by Flasleandro Oliveira (flasleandro.oliveira@cprm.gov.br) on 2014-03-19T18:06:03Z (GMT) No. of bitstreams: 1 diss_fabio_beling.pdf: 5488763 bytes, checksum: e92ee502d52216f999b0bd2f5cd24627 (MD5) / Approved for entry into archive by Flasleandro Oliveira (flasleandro.oliveira@cprm.gov.br) on 2014-03-19T18:06:08Z (GMT) No. of bitstreams: 1 diss_fabio_beling.pdf: 5488763 bytes, checksum: e92ee502d52216f999b0bd2f5cd24627 (MD5) / Made available in DSpace on 2014-03-19T18:06:12Z (GMT). No. of bitstreams: 1 diss_fabio_beling.pdf: 5488763 bytes, checksum: e92ee502d52216f999b0bd2f5cd24627 (MD5) / Este trabalho apresenta os resultados da modelagem qualiquantitativa da bacia urbana do Arroio Cancela, possuindo 4,35 km² de área, com o uso do modelo Storm Water Management Model (SWMM5). Foram modelados os processos de geração e propagação do escoamento superficial e de base, além dos processos de acumulação e lavagem do total de sedimentos em suspensão (TSS) e da matéria orgânica representada pela demanda bioquímica de oxigênio (DBO5). O pacote de rotinas PEST (Parameter Estimator) foi empregado nas calibrações dos parâmetros mais sensíveis do SWMM5. Ao total, foram calibrados 8 meses de dados monitorados de chuva e vazão, contendo 34 eventos chuvosos. Na calibração dos processos qualitativos empregaram-se 10 eventos contendo estimativas da concentração do TSS e da DBO5. A validação da média dos parâmetros calibrados foi realizada num período de 3 meses, possuindo 16 eventos chuvosos, dos quais 4 contém dados monitorados do TSS e da DBO5. Os resultados indicam que o SWMM5 é mais sensível aos parâmetros relativos às áreas impermeáveis da bacia. Os parâmetros das áreas permeáveis foram mais sensíveis nos eventos de maior magnitude. O uso do PEST revelou-se de grande valia na otimização do modelo, tendo em vista a velocidade com que o algoritmo converge para uma solução satisfatória. A calibração por eventos do escoamento superficial atingiu índices de eficiência de Nash-Sutcliffe (ENS) muito bons (média de 0,92). Para a série contínua, o ENS calculado atingiu o valor de 0,72. Os erros médios no volume de vazão para ambos os casos foi inferior a 14%. A calibração do TSS atingiu ENS médio de 0,56 e, da DBO5, ENS médio de -0,75, com parâmetros de lavagem muito dispersos para ambos os poluentes. Na validação dos eventos, a média dos parâmetros calibrados produziu valores médios de ENS igual a 0,47, mediana calculada igual a 0,87 e hidrogramas com boa reprodução da forma da série observada. A validação da série contínua alcançou ENS igual a 0,74 e subestimativa no volume de vazão igual a 7,7%. A validação dos processos qualitativos foi muito deficiente, não sendo reproduzida satisfatoriamente a variação da concentração do TSS e da DBO5. Os resultados apontam que o uso do modelo SWMM5 acoplado ao calibrador PEST produz bons resultados na predição do escoamento superficial em eventos isolados e em séries contínuas. Todavia, a representação dos processos qualitativos requer melhores estimativas dos parâmetros iniciais de acumulação e lavagem, além do aperfeiçoamento do algoritmo de cálculo dos mesmos.

Submitted by Flasleandro Oliveira (flasleandro.oliveira@cprm.gov.br) on 2014-05-05T18:33:13Z No. of bitstreams: 1 Dissertacao_Roberto_Fernandes.pdf: 865602 bytes, checksum: 069066c40d6f7f660f31c46ca885789a (MD5) / Approved for entry into archive by Flasleandro Oliveira (flasleandro.oliveira@cprm.gov.br) on 2014-05-05T18:33:20Z (GMT) No. of bitstreams: 1 Dissertacao_Roberto_Fernandes.pdf: 865602 bytes, checksum: 069066c40d6f7f660f31c46ca885789a (MD5) / Approved for entry into archive by Flasleandro Oliveira (flasleandro.oliveira@cprm.gov.br) on 2014-05-05T18:33:26Z (GMT) No. of bitstreams: 1 Dissertacao_Roberto_Fernandes.pdf: 865602 bytes, checksum: 069066c40d6f7f660f31c46ca885789a (MD5) / Made available in DSpace on 2014-05-05T18:33:32Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao_Roberto_Fernandes.pdf: 865602 bytes, checksum: 069066c40d6f7f660f31c46ca885789a (MD5)

Submitted by maria carolina coutinho barrozo de freitas (maria.barrozo@cprm.gov.br) on 2014-06-27T14:58:38Z No. of bitstreams: 2 VOLUME I - TEXTOS.pdf: 119646603 bytes, checksum: b8f412e2f1217e2cdde0afc859e98904 (MD5) VOLUME II - ANEXOS.pdf: 77386431 bytes, checksum: a543c39ddde376f0d07f09e4b17d5d60 (MD5) / Approved for entry into archive by Flasleandro Oliveira (flasleandro.oliveira@cprm.gov.br) on 2014-06-27T15:07:57Z (GMT) No. of bitstreams: 2 VOLUME I - TEXTOS.pdf: 119646603 bytes, checksum: b8f412e2f1217e2cdde0afc859e98904 (MD5) VOLUME II - ANEXOS.pdf: 77386431 bytes, checksum: a543c39ddde376f0d07f09e4b17d5d60 (MD5) / Approved for entry into archive by Flasleandro Oliveira (flasleandro.oliveira@cprm.gov.br) on 2014-06-27T15:08:04Z (GMT) No. of bitstreams: 2 VOLUME I - TEXTOS.pdf: 119646603 bytes, checksum: b8f412e2f1217e2cdde0afc859e98904 (MD5) VOLUME II - ANEXOS.pdf: 77386431 bytes, checksum: a543c39ddde376f0d07f09e4b17d5d60 (MD5) / Made available in DSpace on 2014-06-27T15:08:11Z (GMT). No. of bitstreams: 2 VOLUME I - TEXTOS.pdf: 119646603 bytes, checksum: b8f412e2f1217e2cdde0afc859e98904 (MD5) VOLUME II - ANEXOS.pdf: 77386431 bytes, checksum: a543c39ddde376f0d07f09e4b17d5d60 (MD5) Previous issue date: 1998

Esta tese tem como objetivo o estabelecimento de bases técnicas para o dimensionamento de aproveitamentos híbridos hidrelétricos fotovoltaicos. Nesse sentido, investigam-se o funcionamento e a viabilidade técnica de uma configuração para esses aproveitamentos quanto aos efeitos de diferentes capacidades das baterias ou perfis de demanda, entre outros fatores. A tese traz à tona a questão da complementariedade entre fontes de energia, avaliando a influência de diferentes gradações de complementação entre as energias hídrica e solar e caracterizando essa complementariedade ao longo do Estado do Rio Grande do Sul. O sistema estudado é constituído por dois aproveitamentos, um hidrelétrico e outro fotovoltaico, operando em paralelo para atender a demanda. O desempenho foi investigado a partir da proposição de uma metodologia de análise, que consiste em um balanço energético baseado em disponibilidades energéticas idealizadas, resultando em um parâmetro para comparação de desempenho (um índice de falhas no atendimento). A idealização dos dados permite investigar a influência de determinado parâmetro, “filtrando” os efeitos de outros fatores (como condições climáticas). A avaliação dos efeitos da complementariedade foi efetuada pela proposição de índices matemáticos adimensionais. As simulações confirmaram tendências esperadas, como o aumento das falhas para baterias de menor capacidade e para menor complementariedade no tempo ou a redução das falhas para perfis com picos de demanda ao meio dia, entre outras, e mostraram como pequenas variações na capacidade das baterias, na potência hidrelétrica instalada ou na área dos módulos fotovoltaicos podem influenciar o desempenho do sistema. Uma avaliação da “aderência” dessas idealizações com a realidade foi obtida com simulações a partir de dados reais e com uma simulação experimental. Em ambos os casos houve forte semelhança qualitativa dos resultados, mostrando a influência de efeitos climáticos e de outros fatores sobre o comportamento dos componentes do sistema. Os ensaios experimentais foram realizados em duas bancadas, uma no Laboratório de Energia Solar, da Escola de Engenharia, e a outra no Laboratório de Ensino de Hidráulica, do Instituto de Pesquisas Hidráulicas, ambos nesta Universidade. Os resultados experimentais forneceram também subsídios para definir o controle do sistema, mostrando como deve ser o controle de carga das baterias e a inserção da corrente fornecida pelo gerador hidrelétrico. Enfim, foram estabelecidas diretrizes para o dimensionamento de aproveitamentos hidrelétricos fotovoltaicos com base na aplicação da metodologia proposta para análise, além de ter sido avaliada de forma expedita a aplicabilidade desse tipo de sistema de geração no Estado. / This thesis purposes to establish the technical bases for component sizing of hydroelectric photovoltaic hybrid plants. In this sense, the operation and technical viability of a specific configuration of these plants were investigated with regard to the effects of different battery capacities or demand profiles, among others. The thesis deals with the question of complementarity between energy resources, evaluating the influence of different complementarity gradations between hydro and solar energies and describing this complementarity along the State of Rio Grande do Sul. The studied system consists of two plants, a hydroelectric and a photovoltaic, operating in parallel to supply the consumers. The performance was investigated from the proposition of an analysis methodology, based on an energetic balance with idealized resources availability, resulting into a comparison parameter (a supply failure index). The data idealization allows to investigate the influence of each parameter, filtering off another effects (as climatic conditions). The complementarity effects were evaluated from the proposition of adimensional mathematical indexes. Expected tendencies, like an increase of failures due to smaller battery capacities and smaller time complementarity, or a decrease due to demand profiles with peak of demand concentrated at noon, were confirmed by the computational simulations, as well as how small variations of battery dimension, of installed hydro power and of photovoltaic area affects the system performance were also demonstrated by these simulations. The simulation with real meteorological data and an experimental simulation provides an evaluation of the adherence of idealizations with reality. In both cases, there was a strong qualitative similarity between results, showing the influence of climatic conditions and other factors on the system performance. The experimental tests were performed at Laboratório de Energia Solar, Escola de Engenharia, and at Laboratório de Ensino de Hidráulica, Instituto de Pesquisas Hidráulicas, in this University. The laboratory experiments results in information to define the control of the system, showing how to control the charge of batteries and how to insert the hydro power into the dc bus. Finally, technical bases for sizing methodology of hydro photovoltaic plants were established, based on the analysis methodology proposed. The aplicability of these kind of energy system was also evaluated.

Este trabalho investiga o uso e a adequação de uma abordagem estocástica para o processo de avaliação de risco à saúde humana devido à ingestão de água subterrânea contaminada. A referida abordagem estocástica se caracteriza pela representação da variabilidade espacial e das incertezas associadas à condutividade hidráulica do meio poroso. A metodologia proposta é ilustrada através de um estudo de caso. Em função da metodologia utilizada, a avaliação de risco fornece, como resultado, uma informação adicional ao tomador de decisão, uma vez que são estimados o risco e a sua chance de ocorrência. Deste modo, o conceito de risco passa a ter uma conotação mais abrangente, já que o mesmo é expresso por duas dimensões: a conseqüência e a sua probabilidade associada. A execução deste trabalho exigiu o estudo e o desenvolvimento dos seguintes tópicos: - Geração de campos aleatórios bidimensionais de condutividade hidráulica, usando o método de Simulação Gaussiana Seqüencial (SGS). - Implementação computacional de um modelo numérico de fluxo permanente unidimensional em meio poroso não saturado. - Implementação computacional de um modelo numérico de transporte de contaminantes unidimensional em meio poroso não saturado sob regime de fluxo permanente. - Implementação computacional de um modelo numérico de fluxo permanente tridimensional em meio poroso saturado. - Implementação computacional de um modelo numérico de transporte de contaminantes tridimensional em meio poroso saturado sob regime de fluxo permanente. O modelo numérico de fluxo permanente unidimensional em meio poroso não saturado foi baseado no conceito de continuidade e no uso da equação de Darcy para meios porosos, particularizados para o caso de regime permanente. O principal objetivo do desenvolvimento do referido modelo foi a obtenção de curvas de saturação e de carga hidráulica para utilização no modelo de transporte de contaminantes unidimensional em meio poroso não saturado. O modelo numérico de transporte de contaminantes unidimensional em meio poroso não saturado foi baseado na equação clássica de advecção-difusão utilizada para descrever o transporte de contaminantes em meio poroso não saturado, particularizada para as hipóteses de regime permanente, substância não reativa, equilíbrio local e relação linear entre as concentrações na fase sólida e na fase aquosa. O modelo numérico de fluxo permanente tridimensional em meio poroso saturado foi também baseado no conceito de continuidade e no uso da equação de Darcy para meios porosos, particularizados para o caso de regime permanente. Do ponto de vista de implementação computacional, o modelo foi desenvolvido tendo como inspiração a versão original do modelo MODFLOW. O principal objetivo do desenvolvimento do referido modelo foi a obtenção dos campos de velocidades para utilização no modelo de transporte de contaminantes tridimensional em meio poroso saturado. O modelo numérico de transporte de contaminantes tridimensional em meio poroso saturado foi baseado na equação clássica de advecção-dispersão usada para descrever o transporte de contaminantes em meio poroso saturado, particularizada para as hipóteses de regime permanente, substância não reativa, equilíbrio local e relação linear entre as concentrações na fase sólida e na fase aquosa. O modelo computacional adota o método das características modificado (MMOC) para a solução da equação de transporte. Os resultados obtidos pelos modelos computacionais desenvolvidos foram comparados a soluções analíticas e a soluções fornecidas por outros modelos disponíveis no mercado e o desempenho foi considerado satisfatório. O objetivo principal do desenvolvimento dos modelos foi o de se ter acesso e controle do código-fonte para criar versões que permitissem múltiplas execuções com diferentes campos de condutividade hidráulica. O estudo de caso analisado neste trabalho se caracteriza pela existência de uma lagoa, utilizada no passado como destinação final de efluentes líquidos provenientes de uma indústria. O uso da lagoa como área de descarte dos efluentes implicou em sedimentação de finos e resíduos do processo produtivo no fundo da lagoa, gerando uma fonte de contaminação da água subterrânea. Do ponto de vista da avaliação de risco, quando considerada a água subterrânea como caminho de exposição, foram estabelecidos dois cenários: cenário 01 (estação chuvosa) e cenário 02 (estação seca). No caso do cenário 01 (estação chuvosa), a contaminação da água subterrânea se dá através da contribuição da lagoa para o aqüífero em razão da diferença de carga hidráulica entre os dois. No caso do cenário 02 (estação seca), continua existindo a contribuição da lagoa para aqüífero, mas em uma área menor, em função da retração da lagoa na estação seca. A área correspondente ao solo exposto com a retração da lagoa continua contribuindo como fonte de contaminação, mas agora devido à recarga do aqüífero. Os resultados da avaliação de risco mostraram uma probabilidade de excedência do limite para o risco de 1 x 10-6 (um caso adicional de câncer em uma população de um milhão de pessoas) de 4,9 %, para o cenário 01, e de 17,4 %, para o cenário 02, considerando-se o receptor mais afetado. Estes resultados constituem o ponto central do desenvolvimento da presente tese, já que conferem uma dimensão a mais ao risco estimado. Portanto, verificou-se que o cenário 02 representou uma condição mais crítica do que o cenário 01. Foram comparadas duas abordagens estocásticas distintas em termos de representação da variabilidade espacial da condutividade hidráulica, considerando-se a estação chuvosa (Cenário 01). A primeira abordagem considera o meio heterogêneo e a segunda abordagem considera o meio homogêneo. Os resultados obtidos mostraram que a consideração de meio homogêneo resultou em uma subestimativa do risco em comparação à condição de meio heterogêneo. Em comparação a outros estudos já realizados relativos à questão da integração do conceito de análise de incerteza na propagação do contaminante com a avaliação do risco à saúde humana, este estudo apresenta algumas importantes diferenças, destacando-se principalmente: a natureza do estudo de caso; a análise do fluxo e transporte no meio não saturado; a geração de simulações condicionadas dos campos aleatórios de condutividade hidráulica; e a comparação direta entre duas abordagens estocásticas distintas quanto à variabilidade espacial da condutividade hidráulica. / This work investigates the use and adequacy of a stochastic approach to the process of human health risk assessment due to ingestion of contaminated groundwater. Such approach is characterized by the representation of spatial variability and uncertainty related to the hydraulic conductivity of the porous medium. The proposed methodology is illustrated with the presentation of a real case study. As a consequence of the proposed methodology, the risk assessment provides additional information to the decision-makers, once it estimates not only the risk but also its chance of occurrence. Thus, the concept of risk is represented by a broader meaning, as it is expressed by two dimensions: the consequence and its related probability. The present work required the study and development of the following: - Simulation of two-dimensional random hydraulic conductivity fields, using the Sequential Gaussian Simulation Method (SMS). - Computational implementation of a 1-dimensional steady-state unsaturated flow numerical model. - Computational implementation of a 1-dimensional contaminant transport numerical model for the vadose zone, assuming steady-state flow. - Computational implementation of a 3-dimensional steady-state saturated flow numerical model - Computational implementation of a 3-dimensional contaminant transport numerical model for the saturated zone, assuming steady-state flow. The 1-dimensional unsaturated flow model was based on the mass conservation and Darcy's equation for porous media, simplified by the steady-state flow hypothesis. The model was mainly developed to obtain saturation curves and hydraulic heads to be used as input to the contaminant transport model for the vadose zone. The 1-dimensional contaminant transport model for the vadose zone was based on the classical advection-diffusion equation, used to describe the contaminant transport in unsaturated porous media, assuming the hypotheses of steady-state flow, non-reactive substance, local equilibrium, and linear relationship between the concentrations in solid and aqueous phases. The 3-dimensional saturated flow model was also based on the mass conservation and Darcy's equation for porous media, simplified by the steady-state flow hypothesis. From the viewpoint of computational implementation, the model was developed taking as inspiration the MODFLOW original version. The model was mainly developed to obtain the velocity fields to be used as input to the contaminant transport model for the saturated zone. The 3-dimensional contaminant transport model for the saturated zone was based on the classical advection-dispersion equation, used to describe contaminant transport in saturated porous media, assuming the hypotheses of steady-state flow, non-reactive substance, local equilibrium, and linear relationship between the concentrations in solid and aqueous phases. The computational model adopts the modified method of characteristics (MMOC) to solve the transport equation. The results from the developed computational models were compared to analytical solutions and to solutions provided by other models that are free available in the market. The overall performance of the developed models was considered satisfactory. The main goal of developing the computational models was to get access and control of the source code to create versions that allow multiple runs with different hydraulic conductivity fields. The case study is characterized by the existence of a pond, used in the past as a final destination to an industrial effluent. Such use resulted in sedimentation of fine particles and production process wastes at the bottom of the pond, originating a source of groundwater contamination. To perform the human health risk assessment, when considering only groundwater as a exposure pathway, two scenarios were established: scenario 01 (rainy season) and scenario 02 (dry season). In the scenario 01 (rainy season) case, the groundwater contamination is due to the pond contribution to the aquifer, as a result of hydraulic head difference between them. On the other hand, in the scenario 02 (dry season) case, there is still the pond contribution to the aquifer, but in a smaller area, according to the shrinkage of the pond during the dry season. The resulting area of exposed contaminated soil continues contributing as a source of groundwater contamination, but now due to the natural aquifer recharge.In relation to a 1 x 10-6 (one additional case of cancer in a population of one million people) risk limit, the risk assessment showed an exceedance of 4.9 % for the scenario 01, and 17.4 % for the scenario 02, considering the most affected receptor. These results represent the main goal of the present work, since they bring an additional dimension to the estimated risk. Furthermore, the results showed that the scenario 02 (dry season) is more critical than the scenario 01 (rainy season), considering again the most affected receptor. Two different stochastic approaches in terms of representation of spatial variability of the hydraulic conductivity were compared, considering the rainy season (Scenario 01). The first approach assumes a heterogeneous porous medium, and the second one supposes a homogeneous porous medium. The results showed that the homogeneous porous medium approach led to a underestimation of the risks compared to the heterogeneous one. Compared to previous studies that relates the uncertainty analysis of the contaminant migration to the human health risk assessment, this study presents some important differences, especially the following: the nature of the real case study; the analysis of flow and transport in the unsaturated zone; the generation of conditionated simulations of hydraulic conductivity random fields; and direct comparison between two different stochastic approaches to the representation of spatial variability of the hydraulic conductivity.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, 2017. / Submitted by Albânia Cézar de Melo (albania@bce.unb.br) on 2017-07-13T16:31:22Z No. of bitstreams: 1 2017_TomasJovianoLeitedaSilva.pdf: 13960621 bytes, checksum: 19d34681a18cb386e3ff0747020f3206 (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana (raquelviana@bce.unb.br) on 2017-08-29T19:00:53Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2017_TomasJovianoLeitedaSilva.pdf: 13960621 bytes, checksum: 19d34681a18cb386e3ff0747020f3206 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-08-29T19:00:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2017_TomasJovianoLeitedaSilva.pdf: 13960621 bytes, checksum: 19d34681a18cb386e3ff0747020f3206 (MD5) Previous issue date: 2017-08-29 / Todos materiais sujeito a esforços mecânicos são passivos de fissuração e ruptura, e a avaliação da mudança de parâmetros como resistência mecânica e condutividade hidráulica após essa condição é de interesse à engenharia como um todo. Materiais porosos que permitem a passagem de água através de sua estrutura sofrem mudanças sensíveis no fluxo de fluidos através dos mesmos quando fissurados. Camadas finas apresentam espessuras tal que as fissuras possam atravessar inteiramente o meio em suas iterações mais severas, modificando o próprio regime do fluxo por meio da intensa alteração do meio. Em diversas obras da geotecnia, essas fissuras manifestam-se nas superfícies, sejam elas geossintéticos, pavimentos, faces de barragem ou especificamente camadas de cobertura de aterros. A manifestação dessas fissuras nas suas respectivas superfícies permite a avaliação de situações que refletem comportamentos internos que não são facilmente acessíveis. As diferentes técnicas de análise de imagem permitem a extração de dados complexos das fissuras, da distribuição das aberturas, área fissurada e comprimento das mesmas. Estes dados de difícil extração sem uso da computação permitem avaliar várias propriedades de interesse ao correlacionar esses parâmetros geométricos com as propriedades do meio fissurado. A partir de algumas correlações de abertura das fissuras e geometria tridimensional pode-se entender o modo de ruptura do material e também simular o comportamento das trincas em níveis profundos. Com os dados da geometria superficial correlacionados aos valores de profundidade ao longo do meio pode-se determinar o meio fissurado pelo qual um fluido deve percolar. Definindo-se as condições de contorno, avalia-se como ocorrerá a infiltração por um modelo análogo ao de um tanque, no qual a lâmina de água altera-se proporcionalmente ao valor do volume percolado. Para avaliar e calibrar os métodos da etapa computacional foi produzida uma camada de mistura de solo e bentonita compactada em uma caixa que permitissem a fissuração do solo. O material foi selecionado como resultado de ensaios de fissuração em pequena escala e avaliações de parâmetros relevantes para que manifestasse propriedades avaliadas na dissertação, em especial a fissuração após ciclos de ressecamento. O solo foi submetido a uma saturação na condição de fissuração estável e foi avaliada a infiltração da água através do mesmo. Com os dados das fissuras superficiais nesse estado e os dados experimentais da infiltração, foram feitas comparações entre os modelos de calibração e os resultados experimentais. Com os valores experimentais verificou-se que o modelo de tanque em meio fissurado previu bem os resultados, quando as condições de contorno eram definidas com rigor e que as fissuras aumentaram a vazão 42 vezes em relação ao resultado para o meio intacto. / All materials under mechanical loads are subject to cracking and failure; as such, the evaluation of the relevant parameter changes under such conditions is of great interest to engineering field as a whole. Porous materials that allow the passage of fluids through them suffer sensible change in flow conditions when cracked. Thin layers have a thickness that allows severe cracks to penetrate it fully, changing the flow regime in the medium as a result of intense geometric changes in the layer. The cracks manifest themselves in several geotechnical applications, from geosynthetics, pavement, dams and specifically in liners. The surface cracks in those respective techniques allows the collection of relevant data that reflects internal behaviour of the medium that is not easily obtainable. The different image analysis techniques allow the extraction of complex data of the cracks themselves, such as the distribution of openings, the percentage of cracked area and even the length of the cracks. This data is of difficult extraction without the use of computation and it creates the possibility of determining interesting properties by correlating geotechnical parameters to the cracked medium. With correlations of crack opening and three-dimensional geometry, it is possible to both understand the cracking condition of the application and simulate the geometry of the fissures in depth. The flow of water through the fractured medium is then simulated as an interaction between the geometry of the cracked layer and boundary conditions of water head, in analogue manner to a closed tank where the water level reduction is proportional to the volume flown. A layer composed of a mixture of natural tropical soil with added bentonite was compacted into a larger scale to calibrate and evaluate the results of the simulation. The material was selected after several experimental evaluations done prior to the larger scale infiltration, where different conditions were created to optimize the desired properties, mostly cracking after desiccation. After three cycles of desiccation, the cracks were in a stable state, and the soil was submitted to a saturation. In this state, the volume infiltrated was measured and later compared with the simulation results. In a latter step, the models were evaluated in relation to their reliability and sensibility towards change in fed parameters. The evaluation of flow in a saturated cracked medium by a water tank model produced very close results when the boundary conditions are defined rigorously and that the presence of cracks increased the water flow by a factor of 42 in relation to the intact surface.