A bacia hidrográfica do rio da Prata (BHP) é a quinta maior bacia hidrográfica do mundo em termos de área de drenagem e a segunda maior da América do Sul. Os recursos hídricos da bacia têm um papel fundamental em termos de economia, produção de energia hidrelétrica, navegação, agropecuária dos países que a compõe e está fortemente relacionado com problemas relacionados à eventos extremos. Apesar da importância hidrológica da BHP para a América do Sul, poucas pesquisas estudaram o seu comportamento hidrológico de forma integrada e utilizando representações mais físicas dos processos hidrológicos. Essas pesquisas, por exemplo, possuem limitações relacionadas a representação do processo de propagação de vazão, escoamento na planície de inundação do modelo hidrológico utilizado e ao fato de não considerar o efeito da operação dos reservatórios, que é um aspecto importante na hidrologia da BHP. Diante disso, o objetivo dessa tese foi desenvolver bases técnicas para a modelagem hidrológica integrada da bacia do rio da Prata, e mais especificamente, o aperfeiçoamento de um modelo hidrológico para esta bacia que possa servir como ferramenta comum para o apoio à gestão integrada de recursos hídricos. Nesse contexto, foi utilizado o Modelo Hidrológico de Grandes Bacias, MGB-IPH, com um aperfeiçoamento do modulo de propagação de vazões, que corresponde a utilização do modelo Inercial e a representação da planície de inundação. Além disso, a tese também apresentou um avanço nas técnicas de discretização da bacia hidrográfica em unidades menores, visando a possibilidade de representação de regiões muito planas e com drenagem complexa. Essa tese também apresentou uma análise acerca do impacto da operação dos reservatórios do Alto Paraná em algumas vazões de referência do baixo rio Paraná. Os resultados da tese foram divididos em cinco partes: Calibração e verificação; efeito do modelo de propagação utilizado nas vazões; verificação das áreas inundadas; Avaliação do impacto dos reservatórios nas vazões do Baixo Paraná; análise de sensibilidade. Os resultados dessa Tese mostraram que é possível, através de uma modelagem integrada, utilizando a versão aperfeiçoada do modelo MGB-IPH, representar os processos hidrológicos da Bacia do Prata. Apesar das incertezas apresentadas, o modelo conseguiu representar vazões, níveis e áreas inundadas de forma satisfatória na maioria dos pontos analisados. Os resultados da tese também mostraram que o impacto da operação dos reservatórios pode ser significativo, principalmente nas vazões extremas. / The La Plata River Basin (LPB) is the fifth largest basin in the world and the second one largest in South America in terms of drainage area. The water resources of LPB have an important role for the economy, hydroelectric power, navigation, agriculture of the countries that compose the basin and they are strongly related with hydrologic extreme events. Despite the importance of LPB’s hydrology to South America, there are few researches that have studied the hydrologic behavior in an integrated manner and using more physical representations of hydrologic processes. These researches have limitations related to representation of the flow propagation processes, floodplain representation and no consideration of the effect of reservoir operation, which is an important aspect of LPB. Thus, the aim of this research was developing technical basis for the integrated hydrologic modeling of the LPB improving a hydrologic and hydraulic model for this basin. This model can be useful as common tool to support the integrated management of LPB’s water resources. We used the Large Scale Hydrologic Model, MGB-IPH, with an improvement of the flow propagation module, that include the use of Inertial flow propagation model and a simplified scheme to floodplain representation. Moreover, the research also introduced an advance in techniques of river basin discretization into smaller units, aiming at the possibility of representation of very flat regions with complex drainage. This research also presented an analysis of the impact of reservoirs’ operation of Alto Paraná river basin. The results were divided into five parts: calibration and verification; effect of flow propagation model; check the flooded areas; Impact of reservoirs in the Lower Paraná flows and sensitivity analysis. The results showed that it is possible through an integrated modeling, using the improved version of the MGB-IPH model, represent the hydrological processes of the Plata Basin. Despite the uncertainties presented, the model could represent flows, flooded areas and levels satisfactorily in most analyzed points. The results also showed that the impact of the reservoirs operation can be significant, especially in extreme flows.

The purpose of this research is to estimate and evaluate the relation of the baseflow parameters and hydrogeological characteristics in an effluent river, with a study in the Gravataí River, state of Rio Grande do Sul. It has been noted that in Brazil there is a few information about the relationship of the baseflow parameters and hydrogeological characteristics. The information of streamflow was collected from Bourscheid (2012) determined from of HidroWeb of National Water Agency (ANA). The parameters of baseflow (Qb) that were evaluated are the baseflow index (BFI) and the recession coefficient (α). Also it were used the physiographic characteristics of sub-basins of Gravataí River as analysis tool to determine the relationship with hydrogeological characteristics, transmissivity (T) and coefficient of storage (S). The method of digital recursive filter of Eckhardt was used to separate baseflow. To calculate the BFImax it was used the methodology of Collischonn e Fan (2013). The results for of data series more representative sub-basin Passo das Canoas were Qmed=26,87m³/s; Qbmed=17,61m³/s, BFI=0,66; BFImax=0,68. To determinate the master recession curve and your coefficient α it was used the software RECESS (Rutledge, 1998), with α=0,0285 days⁻¹ as result for the Passo das Canoas sub-basin. The hydrogeological characteristics were obtained with pumping tests performed by CPRM, CORSAN, SOP, DRH-SEMA and HIDROGEO. The relationship of parameters of baseflow and the physiographic and hydrogeological characteristics were analyzed with the simple linear regression using statistical tools of coefficient of Pearson's correlation (R), the coefficient of determination (R²), probability p and significance (p<0,05) and the coefficient of relationship between the variables. The most important relations obtained were: Qbmed - área, R²=0,87; BFI - área, R²=0,92; α - S(α RECESS), R²=0,78; α - S (α Maillet), R²=0,73. For the determination of coefficient of storage S, the indirect method using α of Maillet and RECESS showed higher correlations and more reliable than the method with the information of pumping test. According to the established hypothesis, has some relationships with significance.

The purpose of this research is to estimate and evaluate the relation of the baseflow parameters and hydrogeological characteristics in an effluent river, with a study in the Gravataí River, state of Rio Grande do Sul. It has been noted that in Brazil there is a few information about the relationship of the baseflow parameters and hydrogeological characteristics. The information of streamflow was collected from Bourscheid (2012) determined from of HidroWeb of National Water Agency (ANA). The parameters of baseflow (Qb) that were evaluated are the baseflow index (BFI) and the recession coefficient (α). Also it were used the physiographic characteristics of sub-basins of Gravataí River as analysis tool to determine the relationship with hydrogeological characteristics, transmissivity (T) and coefficient of storage (S). The method of digital recursive filter of Eckhardt was used to separate baseflow. To calculate the BFImax it was used the methodology of Collischonn e Fan (2013). The results for of data series more representative sub-basin Passo das Canoas were Qmed=26,87m³/s; Qbmed=17,61m³/s, BFI=0,66; BFImax=0,68. To determinate the master recession curve and your coefficient α it was used the software RECESS (Rutledge, 1998), with α=0,0285 days⁻¹ as result for the Passo das Canoas sub-basin. The hydrogeological characteristics were obtained with pumping tests performed by CPRM, CORSAN, SOP, DRH-SEMA and HIDROGEO. The relationship of parameters of baseflow and the physiographic and hydrogeological characteristics were analyzed with the simple linear regression using statistical tools of coefficient of Pearson's correlation (R), the coefficient of determination (R²), probability p and significance (p<0,05) and the coefficient of relationship between the variables. The most important relations obtained were: Qbmed - área, R²=0,87; BFI - área, R²=0,92; α - S(α RECESS), R²=0,78; α - S (α Maillet), R²=0,73. For the determination of coefficient of storage S, the indirect method using α of Maillet and RECESS showed higher correlations and more reliable than the method with the information of pumping test. According to the established hypothesis, has some relationships with significance.

A bacia hidrográfica do rio da Prata (BHP) é a quinta maior bacia hidrográfica do mundo em termos de área de drenagem e a segunda maior da América do Sul. Os recursos hídricos da bacia têm um papel fundamental em termos de economia, produção de energia hidrelétrica, navegação, agropecuária dos países que a compõe e está fortemente relacionado com problemas relacionados à eventos extremos. Apesar da importância hidrológica da BHP para a América do Sul, poucas pesquisas estudaram o seu comportamento hidrológico de forma integrada e utilizando representações mais físicas dos processos hidrológicos. Essas pesquisas, por exemplo, possuem limitações relacionadas a representação do processo de propagação de vazão, escoamento na planície de inundação do modelo hidrológico utilizado e ao fato de não considerar o efeito da operação dos reservatórios, que é um aspecto importante na hidrologia da BHP. Diante disso, o objetivo dessa tese foi desenvolver bases técnicas para a modelagem hidrológica integrada da bacia do rio da Prata, e mais especificamente, o aperfeiçoamento de um modelo hidrológico para esta bacia que possa servir como ferramenta comum para o apoio à gestão integrada de recursos hídricos. Nesse contexto, foi utilizado o Modelo Hidrológico de Grandes Bacias, MGB-IPH, com um aperfeiçoamento do modulo de propagação de vazões, que corresponde a utilização do modelo Inercial e a representação da planície de inundação. Além disso, a tese também apresentou um avanço nas técnicas de discretização da bacia hidrográfica em unidades menores, visando a possibilidade de representação de regiões muito planas e com drenagem complexa. Essa tese também apresentou uma análise acerca do impacto da operação dos reservatórios do Alto Paraná em algumas vazões de referência do baixo rio Paraná. Os resultados da tese foram divididos em cinco partes: Calibração e verificação; efeito do modelo de propagação utilizado nas vazões; verificação das áreas inundadas; Avaliação do impacto dos reservatórios nas vazões do Baixo Paraná; análise de sensibilidade. Os resultados dessa Tese mostraram que é possível, através de uma modelagem integrada, utilizando a versão aperfeiçoada do modelo MGB-IPH, representar os processos hidrológicos da Bacia do Prata. Apesar das incertezas apresentadas, o modelo conseguiu representar vazões, níveis e áreas inundadas de forma satisfatória na maioria dos pontos analisados. Os resultados da tese também mostraram que o impacto da operação dos reservatórios pode ser significativo, principalmente nas vazões extremas. / The La Plata River Basin (LPB) is the fifth largest basin in the world and the second one largest in South America in terms of drainage area. The water resources of LPB have an important role for the economy, hydroelectric power, navigation, agriculture of the countries that compose the basin and they are strongly related with hydrologic extreme events. Despite the importance of LPB’s hydrology to South America, there are few researches that have studied the hydrologic behavior in an integrated manner and using more physical representations of hydrologic processes. These researches have limitations related to representation of the flow propagation processes, floodplain representation and no consideration of the effect of reservoir operation, which is an important aspect of LPB. Thus, the aim of this research was developing technical basis for the integrated hydrologic modeling of the LPB improving a hydrologic and hydraulic model for this basin. This model can be useful as common tool to support the integrated management of LPB’s water resources. We used the Large Scale Hydrologic Model, MGB-IPH, with an improvement of the flow propagation module, that include the use of Inertial flow propagation model and a simplified scheme to floodplain representation. Moreover, the research also introduced an advance in techniques of river basin discretization into smaller units, aiming at the possibility of representation of very flat regions with complex drainage. This research also presented an analysis of the impact of reservoirs’ operation of Alto Paraná river basin. The results were divided into five parts: calibration and verification; effect of flow propagation model; check the flooded areas; Impact of reservoirs in the Lower Paraná flows and sensitivity analysis. The results showed that it is possible through an integrated modeling, using the improved version of the MGB-IPH model, represent the hydrological processes of the Plata Basin. Despite the uncertainties presented, the model could represent flows, flooded areas and levels satisfactorily in most analyzed points. The results also showed that the impact of the reservoirs operation can be significant, especially in extreme flows.

The purpose of this research is to estimate and evaluate the relation of the baseflow parameters and hydrogeological characteristics in an effluent river, with a study in the Gravataí River, state of Rio Grande do Sul. It has been noted that in Brazil there is a few information about the relationship of the baseflow parameters and hydrogeological characteristics. The information of streamflow was collected from Bourscheid (2012) determined from of HidroWeb of National Water Agency (ANA). The parameters of baseflow (Qb) that were evaluated are the baseflow index (BFI) and the recession coefficient (α). Also it were used the physiographic characteristics of sub-basins of Gravataí River as analysis tool to determine the relationship with hydrogeological characteristics, transmissivity (T) and coefficient of storage (S). The method of digital recursive filter of Eckhardt was used to separate baseflow. To calculate the BFImax it was used the methodology of Collischonn e Fan (2013). The results for of data series more representative sub-basin Passo das Canoas were Qmed=26,87m³/s; Qbmed=17,61m³/s, BFI=0,66; BFImax=0,68. To determinate the master recession curve and your coefficient α it was used the software RECESS (Rutledge, 1998), with α=0,0285 days⁻¹ as result for the Passo das Canoas sub-basin. The hydrogeological characteristics were obtained with pumping tests performed by CPRM, CORSAN, SOP, DRH-SEMA and HIDROGEO. The relationship of parameters of baseflow and the physiographic and hydrogeological characteristics were analyzed with the simple linear regression using statistical tools of coefficient of Pearson's correlation (R), the coefficient of determination (R²), probability p and significance (p<0,05) and the coefficient of relationship between the variables. The most important relations obtained were: Qbmed - área, R²=0,87; BFI - área, R²=0,92; α - S(α RECESS), R²=0,78; α - S (α Maillet), R²=0,73. For the determination of coefficient of storage S, the indirect method using α of Maillet and RECESS showed higher correlations and more reliable than the method with the information of pumping test. According to the established hypothesis, has some relationships with significance.

A bacia hidrográfica do rio da Prata (BHP) é a quinta maior bacia hidrográfica do mundo em termos de área de drenagem e a segunda maior da América do Sul. Os recursos hídricos da bacia têm um papel fundamental em termos de economia, produção de energia hidrelétrica, navegação, agropecuária dos países que a compõe e está fortemente relacionado com problemas relacionados à eventos extremos. Apesar da importância hidrológica da BHP para a América do Sul, poucas pesquisas estudaram o seu comportamento hidrológico de forma integrada e utilizando representações mais físicas dos processos hidrológicos. Essas pesquisas, por exemplo, possuem limitações relacionadas a representação do processo de propagação de vazão, escoamento na planície de inundação do modelo hidrológico utilizado e ao fato de não considerar o efeito da operação dos reservatórios, que é um aspecto importante na hidrologia da BHP. Diante disso, o objetivo dessa tese foi desenvolver bases técnicas para a modelagem hidrológica integrada da bacia do rio da Prata, e mais especificamente, o aperfeiçoamento de um modelo hidrológico para esta bacia que possa servir como ferramenta comum para o apoio à gestão integrada de recursos hídricos. Nesse contexto, foi utilizado o Modelo Hidrológico de Grandes Bacias, MGB-IPH, com um aperfeiçoamento do modulo de propagação de vazões, que corresponde a utilização do modelo Inercial e a representação da planície de inundação. Além disso, a tese também apresentou um avanço nas técnicas de discretização da bacia hidrográfica em unidades menores, visando a possibilidade de representação de regiões muito planas e com drenagem complexa. Essa tese também apresentou uma análise acerca do impacto da operação dos reservatórios do Alto Paraná em algumas vazões de referência do baixo rio Paraná. Os resultados da tese foram divididos em cinco partes: Calibração e verificação; efeito do modelo de propagação utilizado nas vazões; verificação das áreas inundadas; Avaliação do impacto dos reservatórios nas vazões do Baixo Paraná; análise de sensibilidade. Os resultados dessa Tese mostraram que é possível, através de uma modelagem integrada, utilizando a versão aperfeiçoada do modelo MGB-IPH, representar os processos hidrológicos da Bacia do Prata. Apesar das incertezas apresentadas, o modelo conseguiu representar vazões, níveis e áreas inundadas de forma satisfatória na maioria dos pontos analisados. Os resultados da tese também mostraram que o impacto da operação dos reservatórios pode ser significativo, principalmente nas vazões extremas. / The La Plata River Basin (LPB) is the fifth largest basin in the world and the second one largest in South America in terms of drainage area. The water resources of LPB have an important role for the economy, hydroelectric power, navigation, agriculture of the countries that compose the basin and they are strongly related with hydrologic extreme events. Despite the importance of LPB’s hydrology to South America, there are few researches that have studied the hydrologic behavior in an integrated manner and using more physical representations of hydrologic processes. These researches have limitations related to representation of the flow propagation processes, floodplain representation and no consideration of the effect of reservoir operation, which is an important aspect of LPB. Thus, the aim of this research was developing technical basis for the integrated hydrologic modeling of the LPB improving a hydrologic and hydraulic model for this basin. This model can be useful as common tool to support the integrated management of LPB’s water resources. We used the Large Scale Hydrologic Model, MGB-IPH, with an improvement of the flow propagation module, that include the use of Inertial flow propagation model and a simplified scheme to floodplain representation. Moreover, the research also introduced an advance in techniques of river basin discretization into smaller units, aiming at the possibility of representation of very flat regions with complex drainage. This research also presented an analysis of the impact of reservoirs’ operation of Alto Paraná river basin. The results were divided into five parts: calibration and verification; effect of flow propagation model; check the flooded areas; Impact of reservoirs in the Lower Paraná flows and sensitivity analysis. The results showed that it is possible through an integrated modeling, using the improved version of the MGB-IPH model, represent the hydrological processes of the Plata Basin. Despite the uncertainties presented, the model could represent flows, flooded areas and levels satisfactorily in most analyzed points. The results also showed that the impact of the reservoirs operation can be significant, especially in extreme flows.

As bacias de captação Faxinal e Maestra são responsáveis pela maior parte do abastecimento público de água do Município de Caxias do Sul, RS, e se localizam em região recoberta pelas unidades ignimbríticas riodacíticas da Formação Serra Geral. O presente estudo relata a influência do uso do solo na composição geoquímica das águas e sedimentos finos observados nos principais tributários das bacias, tendo como objetivo aplicar a geoquímica multielementar e isotópica para determinar as concentrações e os diferentes tipos de fontes de contaminantes presentes nas bacias hidrográficas estudadas, desenvolvendo um diagnóstico capaz de auxiliar no planejamento e gestão destes recursos hídricos. Para tanto, foi necessário correlacionar a composição geoquímica dos sedimentos finos de fundo com a rocha-fonte e a composição dos principais fertilizantes utilizados nas áreas agrícolas. Adicionalmente, foram determinadas as razões isotópicas de Pb e Sr em sedimentos de suspensão, associando com as assinaturas isotópicas de fertilizantes e de sedimentos nas nascentes principais, relacionando com a influência dos insumos utilizados na agricultura e da estação de tratamento de esgoto (ETE) nas águas dos tributários, utilizando-se os isótopos de δ2H-H2O, δ18O-H2O, δ15N-NO3-, δ18O-NO3- e δ15N. As amostras de sedimentos, água e fertilizantes foram analisadas por difração de Raios-X, ICP-MS, espectrômetro de ionização térmica, espectrómetro de massa VG Sector 54, espectroscopia de absorção de laser (Tipo Cavity Ring-Down Spectroscopy) e espectrômetro de Massa por Razão Isotópica (IRMS). O primeiro manuscrito apresenta resultados obtidos nos sedimentos de fundo interpretados com suporte de estatística descritiva e multivariada (Análise de Componentes Principais e Análise Fatorial), relacionando com o fator de enriquecimento. Estes resultados demonstram que os sedimentos de corrente dos córregos da bacia de captação Faxinal expõem contaminação e efeito acumulativo por metais pesados provenientes da aplicação de fertilizantes e fungicidas, enquanto que o excesso de sódio nos sedimentos da bacia de captação Maestra são resultantes da descarga direta de esgoto doméstico no recurso hídrico. O segundo manuscrito expõe resultados de 87Sr/86Sr para sedimentos em suspensão (0,717324 – 0,723113) e para os fertilizantes (0,705 – 0,710) configurando duas populações. As razões isotópicas de chumbo para os sedimentos apresentaram valores de 208Pb/204Pb (38,42 – 38,97), 206Pb/204Pb (18,72 – 19,07), 207Pb/204Pb (15,60 – 15,75), 208Pb/206Pb (2,037 – 2,055) e 207Pb/206Pb (0,824 – 0,833). Os valores dos isótopos de estrôncio e chumbo demonstraram que os sedimentos em suspensão são compatíveis com origem geogênica, e apresentam influência de fungicidas utilizados nas áreas agrícolas. O terceiro manuscrito mostra resultados dos isótopos de N e O de nitrato nas águas demonstraram valores de δ15N entre 3,9 e 19,4, enquanto o δ18O entre 4,2 e 21,7. Estas assinaturas isotópicas estão representadas em diferentes compartimentos do gráfico característico δ15N-NO3- vs δ18O-NO3-. Os pontos monitorados Fx-01, Fx-02, Fx-03, Fx-04, Fx-05 e Fx-06 demonstram valores com influência e contribuição de fertilizantes. Por outro lado, o ponto Fx-07 sugere interferência por descarga direta de efluente doméstico no tributário e o ponto Fx-ETE apresenta assinatura característica de ambiente de denitrificação. Através da interpretação dos resultados obtidos nos três manuscritos reconhece-se que as águas das represas Maestra e Faxinal recebem contaminantes provenientes de diferentes fontes, que abrangem a aplicação de insumos agrícolas e as descargas de esgoto doméstico sem tratamento. / The Faxinal and Maestra catchment basin are responsible for most of the public water supply of the city of Caxias do Sul, RS, and are located in the region covered by riodacíticas ignimbríticas units of the Serra Geral Formation. This study describes the influence of land use in the geochemical composition of water and fine sediments observed in the main tributaries of the watershed, aiming to apply the multielement and isotopic geochemistry to determine the concentrations and the different types of sources of contaminants in the studied basins, developing a diagnosis to assist in the planning and management of water resources. Therefore, it was necessary to correlate the geochemical composition of botton fine sediment with the rock-source and composition of the main fertilizers used in the agricultural areas. Additionally, it was determined the isotopic ratios of Pb and Sr in the suspended sediment, associating with the isotopic signatures of fertilizers and sediment in the main springs, relating to the influence of the inputs used in agriculture and of the wastewater treatment plant (WWTP) in the tributaries of water, using the isotopes δ2H-H2O, δ18O-H2O, δ15N-NO3-, δ18O-NO3- and δ15N. The sediment samples, water and fertilizer were analyzed by X-ray diffraction, ICP-MS, Spectrometer thermal ionization, Mass spectrometer VG Sector 54, laser absorption spectroscopy (Type Cavity Ring-Down Spectroscopy), Isotopic ratio mass spectrometer (IRMS). The first manuscript presents results obtained in the bottom sediments interpreted with descriptive and multivariate statistical support (Principal Component Analysis and Factor Analysis), relating to the enrichment factor. These results demonstrate that the stream sediments of Faxinal watershed showed contamination and cumulative effect of heavy metals due to the application of fertilizers and fungicides, while the excess sodium in the sediments of Maestra watershed the result of direct discharge domestic sewage in the water resource. The second manuscript displays results of 87Sr / 86Sr for suspended sediment (0.717324 to 0.723113) and fertilizers (0.705 – 0.710) setting two populations. Lead isotopic ratios for sediments showed values of 208Pb/204Pb (38.42 – 38.97), 206Pb/204Pb (18.72 – 19.07), 207Pb/204Pb (15.60 – 15.75), 208Pb/206Pb (2.037 – 2.055) e 207Pb/206Pb (0.824 – 0.833). The values of strontium and lead isotopes showed that the suspended sediments are compatible with geogenic origin and present influence of fungicides used in agriculture areas. The third manuscript shows results of isotopes of C and O of nitrate in water showed δ15N values between 3.9 and 19.4, while δ18O between 4.2 and 21.7. These isotopic signatures are represented in different compartments of the characteristic chart δ15N-NO3- vs δ18O-NO3-. The points monitored Fx-01, Fx-02, Fx-03, Fx-04, Fx-05 and Fx-06 show values with influence and contribution of fertilizers. On the other hand, the Fx-07 point suggests interference by direct discharge of effluent household in the tributary and Fx-ETE point features characteristic signature of denitrification environment. Through the interpretation of the results obtained in the three manuscripts it is recognized that the waters of the Maestra and Faxinal dams receive contaminants from differents sources covering the application of agricultural inputs and domestic sewage discharges untreated.

As bacias de captação Faxinal e Maestra são responsáveis pela maior parte do abastecimento público de água do Município de Caxias do Sul, RS, e se localizam em região recoberta pelas unidades ignimbríticas riodacíticas da Formação Serra Geral. O presente estudo relata a influência do uso do solo na composição geoquímica das águas e sedimentos finos observados nos principais tributários das bacias, tendo como objetivo aplicar a geoquímica multielementar e isotópica para determinar as concentrações e os diferentes tipos de fontes de contaminantes presentes nas bacias hidrográficas estudadas, desenvolvendo um diagnóstico capaz de auxiliar no planejamento e gestão destes recursos hídricos. Para tanto, foi necessário correlacionar a composição geoquímica dos sedimentos finos de fundo com a rocha-fonte e a composição dos principais fertilizantes utilizados nas áreas agrícolas. Adicionalmente, foram determinadas as razões isotópicas de Pb e Sr em sedimentos de suspensão, associando com as assinaturas isotópicas de fertilizantes e de sedimentos nas nascentes principais, relacionando com a influência dos insumos utilizados na agricultura e da estação de tratamento de esgoto (ETE) nas águas dos tributários, utilizando-se os isótopos de δ2H-H2O, δ18O-H2O, δ15N-NO3-, δ18O-NO3- e δ15N. As amostras de sedimentos, água e fertilizantes foram analisadas por difração de Raios-X, ICP-MS, espectrômetro de ionização térmica, espectrómetro de massa VG Sector 54, espectroscopia de absorção de laser (Tipo Cavity Ring-Down Spectroscopy) e espectrômetro de Massa por Razão Isotópica (IRMS). O primeiro manuscrito apresenta resultados obtidos nos sedimentos de fundo interpretados com suporte de estatística descritiva e multivariada (Análise de Componentes Principais e Análise Fatorial), relacionando com o fator de enriquecimento. Estes resultados demonstram que os sedimentos de corrente dos córregos da bacia de captação Faxinal expõem contaminação e efeito acumulativo por metais pesados provenientes da aplicação de fertilizantes e fungicidas, enquanto que o excesso de sódio nos sedimentos da bacia de captação Maestra são resultantes da descarga direta de esgoto doméstico no recurso hídrico. O segundo manuscrito expõe resultados de 87Sr/86Sr para sedimentos em suspensão (0,717324 – 0,723113) e para os fertilizantes (0,705 – 0,710) configurando duas populações. As razões isotópicas de chumbo para os sedimentos apresentaram valores de 208Pb/204Pb (38,42 – 38,97), 206Pb/204Pb (18,72 – 19,07), 207Pb/204Pb (15,60 – 15,75), 208Pb/206Pb (2,037 – 2,055) e 207Pb/206Pb (0,824 – 0,833). Os valores dos isótopos de estrôncio e chumbo demonstraram que os sedimentos em suspensão são compatíveis com origem geogênica, e apresentam influência de fungicidas utilizados nas áreas agrícolas. O terceiro manuscrito mostra resultados dos isótopos de N e O de nitrato nas águas demonstraram valores de δ15N entre 3,9 e 19,4, enquanto o δ18O entre 4,2 e 21,7. Estas assinaturas isotópicas estão representadas em diferentes compartimentos do gráfico característico δ15N-NO3- vs δ18O-NO3-. Os pontos monitorados Fx-01, Fx-02, Fx-03, Fx-04, Fx-05 e Fx-06 demonstram valores com influência e contribuição de fertilizantes. Por outro lado, o ponto Fx-07 sugere interferência por descarga direta de efluente doméstico no tributário e o ponto Fx-ETE apresenta assinatura característica de ambiente de denitrificação. Através da interpretação dos resultados obtidos nos três manuscritos reconhece-se que as águas das represas Maestra e Faxinal recebem contaminantes provenientes de diferentes fontes, que abrangem a aplicação de insumos agrícolas e as descargas de esgoto doméstico sem tratamento. / The Faxinal and Maestra catchment basin are responsible for most of the public water supply of the city of Caxias do Sul, RS, and are located in the region covered by riodacíticas ignimbríticas units of the Serra Geral Formation. This study describes the influence of land use in the geochemical composition of water and fine sediments observed in the main tributaries of the watershed, aiming to apply the multielement and isotopic geochemistry to determine the concentrations and the different types of sources of contaminants in the studied basins, developing a diagnosis to assist in the planning and management of water resources. Therefore, it was necessary to correlate the geochemical composition of botton fine sediment with the rock-source and composition of the main fertilizers used in the agricultural areas. Additionally, it was determined the isotopic ratios of Pb and Sr in the suspended sediment, associating with the isotopic signatures of fertilizers and sediment in the main springs, relating to the influence of the inputs used in agriculture and of the wastewater treatment plant (WWTP) in the tributaries of water, using the isotopes δ2H-H2O, δ18O-H2O, δ15N-NO3-, δ18O-NO3- and δ15N. The sediment samples, water and fertilizer were analyzed by X-ray diffraction, ICP-MS, Spectrometer thermal ionization, Mass spectrometer VG Sector 54, laser absorption spectroscopy (Type Cavity Ring-Down Spectroscopy), Isotopic ratio mass spectrometer (IRMS). The first manuscript presents results obtained in the bottom sediments interpreted with descriptive and multivariate statistical support (Principal Component Analysis and Factor Analysis), relating to the enrichment factor. These results demonstrate that the stream sediments of Faxinal watershed showed contamination and cumulative effect of heavy metals due to the application of fertilizers and fungicides, while the excess sodium in the sediments of Maestra watershed the result of direct discharge domestic sewage in the water resource. The second manuscript displays results of 87Sr / 86Sr for suspended sediment (0.717324 to 0.723113) and fertilizers (0.705 – 0.710) setting two populations. Lead isotopic ratios for sediments showed values of 208Pb/204Pb (38.42 – 38.97), 206Pb/204Pb (18.72 – 19.07), 207Pb/204Pb (15.60 – 15.75), 208Pb/206Pb (2.037 – 2.055) e 207Pb/206Pb (0.824 – 0.833). The values of strontium and lead isotopes showed that the suspended sediments are compatible with geogenic origin and present influence of fungicides used in agriculture areas. The third manuscript shows results of isotopes of C and O of nitrate in water showed δ15N values between 3.9 and 19.4, while δ18O between 4.2 and 21.7. These isotopic signatures are represented in different compartments of the characteristic chart δ15N-NO3- vs δ18O-NO3-. The points monitored Fx-01, Fx-02, Fx-03, Fx-04, Fx-05 and Fx-06 show values with influence and contribution of fertilizers. On the other hand, the Fx-07 point suggests interference by direct discharge of effluent household in the tributary and Fx-ETE point features characteristic signature of denitrification environment. Through the interpretation of the results obtained in the three manuscripts it is recognized that the waters of the Maestra and Faxinal dams receive contaminants from differents sources covering the application of agricultural inputs and domestic sewage discharges untreated.

Os problemas ambientais associados à aglomeração humana em áreas metropolitanas estão presentes na Região Metropolitana de Porto Alegre. Nesta área em especial, na ausência de um sistema de coleta e tratamento de efluentes amplo e eficaz, a geração de resíduos domésticos, industriais e agrícolas supera a capacidade de assimilação do meio ambiente. Os recursos hídricos, como é o caso do Lago Guaíba, são utilizados concomitantemente como corpo receptor de dejetos e como fonte de captação de água para abastecimento público. No intuito de fornecer subsídios complementares ao gerenciamento dos recursos hídricos superficiais, foram realizados estudos relativos à hidrogeoquímica e à composição de isótopos estáveis de chumbo e zinco, em amostras de material em suspensão, provenientes de três sub-bacias hidrográficas. A escolha dessas sub-áreas baseou-se, principalmente, em dados do Plano Diretor de Desenvolvimento Urbano e Ambiental do Município de Porto Alegre, onde foram identificadas três classes de uso e ocupação do território. Portanto, cada classe está representada por uma sub-bacia hidrográfica: Urbana Densa - Arroio Passo das Pedras; Urbana Rarefeita - Arroio Cavalhada; e Periurbana - Arroio Lami. A comparação da hidrogeoquímica ambiental dessas áreas com o restante da Bacia Hidrográfica do Guaíba foi conduzida à partir da análise do conteúdo de isótopos estáveis de chumbo em amostras de referência, provenientes do Lago Guaíba e das desembocaduras dos rios Gravataí e Jacuí, este último, o seu principal tributário. Os dados físico-químicos revelam que os contextos urbano-paisagísticos determinam a composição química dos dejetos brutos lançados ao longo da rede de drenagem natural. Por outro lado, os resultados isotópicos demonstraram que a contribuição antropogênica de chumbo e zinco, dois dos principais poluentes em ambientes urbanos, é pouco significativa. Apesar disso, as análises isotópicas corroboraram a classificação proposta no Plano Diretor, permitindo, inclusive, discriminar as amostras provenientes dos três arroios urbanos daquelas utilizadas como referência regional. / The environmental problems associated to human agglomeration in metropolitan areas are presented in the Porto Alegre Metropolitan Region. Especially in this area, in the absence of a broad and effective collection and treatment system, the production of domestic, industrial and agricultural wastes, overcome the assimilation capacity of the environment. The water resources, as Lake Guaiba, are used at the same time as body receptor of wastewater and source of drinking water to public supply. In order to provide additional information to water management, studies of water and sediment hydrogeochemistry and stable isotope content of zinc and lead on the suspended particulate matter from three hydrographic sub-basins. The choice of these sub-areas was based on the Porto Alegre’s “Master Plan for Urban and Environmental Development”, where was presented three classes of occupation and land use. In this research, each class is represented by a hydrographic sub-basin: High Density - Passo das Pedras Creek; Medium Density - Cavalhada Creek; and Low Density - Lami Creek. The comparison between the hydrogeochemistry of these sub-areas and the Guaiba Hydrographic Basin was conducted by the lead isotope analysis of the reference samples, collected in the Lake Guaiba and the Gravatai and Jacui river mouths, the latter, the main affluent. The physic-chemical data shows that the types of urban landscape govern the chemical composition of wastewater thrown along the drainage of a certain watershed. On the other hand, the isotopic data prove that the lead and zinc anthropogenic contribution is a minor factor. Nevertheless, the isotopic analysis corroborated the classification proposed on the Master Plan, allowing discrimination between samples from the three urban creeks those used as regional reference.

Os problemas ambientais associados à aglomeração humana em áreas metropolitanas estão presentes na Região Metropolitana de Porto Alegre. Nesta área em especial, na ausência de um sistema de coleta e tratamento de efluentes amplo e eficaz, a geração de resíduos domésticos, industriais e agrícolas supera a capacidade de assimilação do meio ambiente. Os recursos hídricos, como é o caso do Lago Guaíba, são utilizados concomitantemente como corpo receptor de dejetos e como fonte de captação de água para abastecimento público. No intuito de fornecer subsídios complementares ao gerenciamento dos recursos hídricos superficiais, foram realizados estudos relativos à hidrogeoquímica e à composição de isótopos estáveis de chumbo e zinco, em amostras de material em suspensão, provenientes de três sub-bacias hidrográficas. A escolha dessas sub-áreas baseou-se, principalmente, em dados do Plano Diretor de Desenvolvimento Urbano e Ambiental do Município de Porto Alegre, onde foram identificadas três classes de uso e ocupação do território. Portanto, cada classe está representada por uma sub-bacia hidrográfica: Urbana Densa - Arroio Passo das Pedras; Urbana Rarefeita - Arroio Cavalhada; e Periurbana - Arroio Lami. A comparação da hidrogeoquímica ambiental dessas áreas com o restante da Bacia Hidrográfica do Guaíba foi conduzida à partir da análise do conteúdo de isótopos estáveis de chumbo em amostras de referência, provenientes do Lago Guaíba e das desembocaduras dos rios Gravataí e Jacuí, este último, o seu principal tributário. Os dados físico-químicos revelam que os contextos urbano-paisagísticos determinam a composição química dos dejetos brutos lançados ao longo da rede de drenagem natural. Por outro lado, os resultados isotópicos demonstraram que a contribuição antropogênica de chumbo e zinco, dois dos principais poluentes em ambientes urbanos, é pouco significativa. Apesar disso, as análises isotópicas corroboraram a classificação proposta no Plano Diretor, permitindo, inclusive, discriminar as amostras provenientes dos três arroios urbanos daquelas utilizadas como referência regional. / The environmental problems associated to human agglomeration in metropolitan areas are presented in the Porto Alegre Metropolitan Region. Especially in this area, in the absence of a broad and effective collection and treatment system, the production of domestic, industrial and agricultural wastes, overcome the assimilation capacity of the environment. The water resources, as Lake Guaiba, are used at the same time as body receptor of wastewater and source of drinking water to public supply. In order to provide additional information to water management, studies of water and sediment hydrogeochemistry and stable isotope content of zinc and lead on the suspended particulate matter from three hydrographic sub-basins. The choice of these sub-areas was based on the Porto Alegre’s “Master Plan for Urban and Environmental Development”, where was presented three classes of occupation and land use. In this research, each class is represented by a hydrographic sub-basin: High Density - Passo das Pedras Creek; Medium Density - Cavalhada Creek; and Low Density - Lami Creek. The comparison between the hydrogeochemistry of these sub-areas and the Guaiba Hydrographic Basin was conducted by the lead isotope analysis of the reference samples, collected in the Lake Guaiba and the Gravatai and Jacui river mouths, the latter, the main affluent. The physic-chemical data shows that the types of urban landscape govern the chemical composition of wastewater thrown along the drainage of a certain watershed. On the other hand, the isotopic data prove that the lead and zinc anthropogenic contribution is a minor factor. Nevertheless, the isotopic analysis corroborated the classification proposed on the Master Plan, allowing discrimination between samples from the three urban creeks those used as regional reference.