Made available in DSpace on 2016-06-02T20:00:58Z (GMT). No. of bitstreams: 1 6130.pdf: 2869136 bytes, checksum: 7b897b70a9098d8c22f48d18aeb83c6a (MD5) Previous issue date: 2014-06-09 / Financiadora de Estudos e Projetos / A math model was applied to describe the removal of particulate matter in lawn canal built in real scale. For this purpose different initial concentrations (Co) of particulate matter were investigated, as following: 65; 131; 196; 262 and 327 mg/L. The investigated rains, containing suspended solids, were discharged on the channel which has 100 m in length and slope of 2 %. Measurements were made of particulate material through the analysis of turbidity and total suspended solids (TSS) in 26 locations along the length of the channel. The experimental data were fit to the model using nonlinear regression parameter (kd) and (C*), which correspond to the decay kinetics constant and minimum limiting values the curve removal, respectively. Fractions removed and mathematical adjustment were assessed and performed for each isolated event and also for the result set. On average, the magnitude of the relative error ranged from 0.83% to 5.11%, with the highest average value obtained for the lowest concentration of particulate matter (65 mg L- 1). Regarding the values obtained for the decay constants (kd ), which represent the frequency of removal of particulate matter, it is noted that the same trends to a minimum value for the higher initial concentrations of particles (Co) . This fact indicates that the higher the initial concentration of particulate matter (Co), the greater the extent of travel required for its removal, with a maximum observed at around 80 m, for concentrations above 196 mg.L-1. / Neste trabalho, buscou-se avaliar e modelar matematicamente, por meio de modelo fenomenológico, a remoção de material particulado em canal gramado construído em escala real. Para tal, foram investigadas diferentes concentrações iniciais (Co) de material particulado: 65; 131; 196; 262 e 327 mg/L, os quais foram descarregados por meio de chuvas simuladas em canal de 100 m de extensão e declividade de 2%. As medidas de material particulado foram feitas por meio da turbidez e da análise de sólidos suspensos totais (SST), em 26 posições ao longo do comprimento do canal. Os dados experimentais foram ajustados ao modelo por meio de regressão não linear dos parâmetros (k) e (C*), os quais correspondem à constante cinética de decaimento e ao valor mínimo assintótico a curva de remoção, respectivamente. As frações removidas e o ajuste matemático foram avaliados e realizados para cada evento isolado e, também, para o conjunto de resultados. Em termos médios, o módulo do erro relativo variou entre 0,83% e 5,11%, sendo o maior valor médio obtido para a menor concentração de material particulado investigado (65 mg.L-1). Em relação aos valores obtidos para as constantes de decaimento (kd), as quais representam a frequência de remoção de material particulado, verifica-se que a mesma tende a um valor mínimo para as maiores concentrações iniciais de material particulado (Co). Tal fato indica que, quanto maior a concentração inicial de material particulado (Co), maior a extensão de percurso requerida para sua remoção, com limite máximo observado em torno de 80 m, para concentrações acima de 196 mg.L-1.

The point and nonpoint source pollution released in rivers are the main responsible for the deterioration of the surface water quality. This study aimed to evaluate the water quality of the Vacacai – Vacacai Mirim watershed, in sub-basins located in the city of Santa Maria – RS. In the Vacacai Mirim River, the quality of the water and surface runoff were evaluated through the monitoring of five precipitation events in Joao Goulart sub-basin. The surface runoff negatively influenced the water quality of this water body. The EMC for the analysed parameters, as well as for the transported pollutants masses varied considerably among events. The average EMC for the BOD variable (51.3 mg∙L-1) stands out. The limit established for this variable for class 2 of CONAMA Resolution 357/2005 is only 5 mg∙L-1. Furthermore, the variability of the nonpoint source pollution in Vacacai Mirim River was evaluated in five sub-basins: João Goulart, Rancho do Amaral, Alto da Colina, Menino Deus II, and Menino Deus IV through cluster and principal components analysis using data from current and previous monitoring performed in this watershed. The five sub-basins were grouped according to the water quality and predominant land use and occupation. The BOD variable was essential in the water quality characterization of all sub-basins, and for the majority of them the total coliforms, E. coli, total solids, nitrogen and phosphorus variables were also essentials. In the Vacacai and Vacacai Mirim Rivers the presence of pharmaceutical and hormonal residues was studied in two urban sub-basins with large percentage of impermeable area. In Cancela-Tamandai sub-basin, the hormone etisterone and ibuprofen and paracetamol drugs were detected. The equivalent of 30 tablets of ibuprofen and 15 of paracetamol were released in this water body, on average per day. In the João Goulart sub-basin only the drugs ibuprofen and paracetamol were detected, hence the equivalent daily average load released in this water body is 52 tablets of ibuprofen and 14.5 of paracetamol. The hormones 17β-estradiol, estriol, estrone and megestrol acetate were not detected in the studied watersheds. Therefore, there is the necessity of investments to ensure the improvement of the sewage networks and treatment of domestic effluents, as well as the solid waste collection services. Together these sources contribute to the poor water quality confirmed in this study. / As fontes de poluição pontuais e difusas lançadas nos rios são as principais responsáveis pela degradação da qualidade da água superficial. Este estudo teve como objetivo avaliar a qualidade da água da bacia hidrográfica Vacacaí – Vacacaí Mirim, em sub-bacias localizadas no município de Santa Maria, RS. No rio Vacacaí Mirim, foi avaliada a qualidade da água e do escoamento superficial através do monitoramento de cinco eventos de precipitação na sub-bacia denominada João Goulart. O escoamento superficial impactou negativamente a qualidade da água desse corpo hídrico. As concentrações médias dos parâmetros analisados variaram consideravelmente entre os eventos, assim como as massas poluentes transportadas no curso hídrico. Destaca-se a concentração média do evento para a variável DBO, que foi 51,3 mg∙L-1, sendo que o limite estabelecido para a classe 2 da Resolução CONAMA 357/2005 é de apenas 5 mg∙L-1. Ainda no rio Vacacaí Mirim, foi avaliada a variabilidade da poluição difusa em cinco sub-bacias: João Goulart, Rancho do Amaral, Alto da Colina, Menino Deus II e Menino Deus IV por meio das análises estatísticas de agrupamento e componentes principais utilizando dados de monitoramento atual e realizados anteriormente nesta bacia. As cinco sub-bacias foram agrupadas conforme a qualidade da água e o uso e ocupação do solo predominante. A variável DBO foi importante na caracterização da qualidade da água de todas as sub-bacias, e para a maioria delas, as variáveis CT, E.coli, ST, nitrogênio e fósforo também foram importantes, pois são variáveis que descrevem a qualidade da água com elevada significância. Nos rios Vacacaí e Vacacaí Mirim foi investigada a presença de resíduos farmacêuticos e hormonais em duas sub-bacias urbanas e com grande porcentagem de área impermeável. Na sub-bacia Cancela-Tamandaí foram detectados o hormônio etisterona e os fármacos ibuprofeno e paracetamol. A partir das concentrações analisadas, estima-se que foi lançado nesse corpo hídrico, em média por dia, o equivalente a 30 comprimidos de ibuprofeno e 15 de paracetamol. Na sub-bacia João Goulart foram detectados apenas os fármacos ibuprofeno e paracetamol, sendo lançada a carga média diária equivalente a 52 comprimidos de ibuprofeno e 14,5 comprimidos de paracetamol nesse curso hídrico. Os hormônios 17 β-estradiol, estriol, estrona e acetato de megestrol nunca foram detectados nas bacias estudadas. Diante do exposto, verifica-se a necessidade de investimentos na melhoria de redes de coletas e tratamentos de efluentes domésticos, assim como os serviços de coleta de resíduos sólidos. Juntamente, essas fontes contribuem para má qualidade da água verificada nesse estudo.

Em caráter experimental, a tese examina o desempenho de sistemas de biorretenção na mitigação da poluição difusa ocasionada pelas águas de chuva. A avaliação dessa tecnologia ambiental urbana partiu da construção de um modelo de manejo dos escoamentos pluviais, utilizando uma matriz orgânica composta por vegetação, solo e agregados para retenção e tratamento inicial localizados. O protótipo, em escala 1:1, implementado na Cidade Universitária Armando Salles de Oliveira (CUASO-USP), São Paulo, SP, é composto por dois canteiros isolados entre si, que recebem as vazões através da sarjeta na via adjacente. Com preenchimentos iguais, os canteiros receberam coberturas vegetais distintas: gramado (G), com uma única espécie de gramínia, e jardim (J), com forrações, herbáceas e arbustos diversos, predominantemente nativos. O experimento foi monitorado por um ano, entre março de 2012 e março de 2013, quando foram coletados os dados referentes ao seu funcionamento e eficiência em sete eventos chuvosos paulistanos. A compilação dessas informações permitiu a análise comparativa da qualidade da água dos escoamentos antes e depois da passagem pelos canteiros. Com recursos da FUNDEP, FCTH e LabVERDE, a pesquisa interdepartamental e interdisciplinar, desenvolvida numa cooperação entre a FAU-USP e a Escola Politécnica-USP, busca oferecer respostas às hipóteses com que trabalha a Arquitetura da Paisagem ao propor soluções naturalizadas de manejo dos escoamentos pluviais em complementação às técnicas convencionais atualmente empregadas nas cidades brasileiras, tomando a cidade de São Paulo como cenário. Como efeito do processo histórico de canalização do seu patrimônio hídrico, ocupação das áreas de várzea e impermeabilização, a população paulistana e da RMSP tem sofrido com enchentes que se agravam com o crescimento urbano e com a intensificação das chuvas. As soluções imediatistas para essa situação crítica seguem a práxis das obras convencionais de engenharia, que segregam a drenagem urbana dos processos ecológicos e hidrológicos e não contribuem para melhoria da qualidade ambiental dos escoamentos antes de destiná-los aos corpos hídricos superficiais, o que agrava o quadro generalizado de poluição dos rios e córregos urbanos. Os resultados do experimento prático atestam o desempenho da biorretenção na mitigação da poluição difusa, com reduções médias das cargas poluidoras acumuladas de 89,94% para o gramado e 95,49% para o jardim, que foi comprovadamente mais eficiente. Aliados ao estudo de tipologias paisagísticas já utilizadas com sucesso em outras cidades do mundo, esses resultados poderão corroborar o processo de transição na infraestrutura de São Paulo, respaldando tecnicamente e cientificamente as soluções investigadas de manejo das águas de chuva através da biorretenção no tratamento dos espaços abertos e na conformação de uma Infraestrutura Verde na cidade. / This thesis experimentally assesses the performance of bioretention systems in mitigating nonpoint-source pollution caused by runoff. A 1:1 scale experiment of a stormwater management facility was built in USP Campus based in São Paulo, SP. This prototype has been evaluated for one year, since March 2012, over its technical efficiency to improve water quality by analyzing runoff samples collected in its inlet and outlet. Combining landscape architecture and hydraulic engineering knowledge, this experiment consists of two independent vegetated plots connected to the gutter through a concrete channel, which drives the runoff into the facility from the avenue next to it. Each plot has its own spillway, where samples were collected for laboratory analysis under 22 water quality parameters and thus compared to gutter runoff. Regarding construction techniques, it was decided to apply simplified solutions without unnecessary expenses, but that ensured feasibility, solidity and isolation to the plots from the ground on all faces. As for filling the model, it was chosen to use the same material for both facilities, laid out from bottom to surface: 60cm of broken rocks, 15cm of gravel, coconut geotextile fabric, 5cm of coarse sand and, finally, 45 to 75cm of planting substrate with side slopes and covered with mulch. Regarding vegetation cover, two sets of plants have been used in the bioretention cells as a research strategy to compare the efficiency among different models in stormwater management, considering other issues in addition to improving the environmental quality of water, such as maintenance, adaptation and development of species and visual interest. Thus, the experiment plots were filled with the same substrate but with different vegetable toppings, according to the following configuration: mixed garden (M) - ground covers with predominance of native shrubs and herbaceous vegetation, and lawn (L) - covered only with emerald grass carpet (Zoysia japonica), which has been extensively used for lawns all over the country. This experimental model has provided scientific answers that attest the effectiveness of techniques using vegetated surfaces to retain and treat stormwater. Its results have attested the performance of bioretention for diffuse pollution mitigation, with average reductions of accumulated pollutant loads of 89.94% in the lawn (L) and 95.49% in the mixed garden (M), which wasproven to be more efficient. This research developed by USP Faculty of Architecture and Urbanism in partnership with Polythecnic School, does not aim to threat conventional methods of urban drainage in local cities, but to join them in the efforts of reaching solutions and technical knowledge that are suitable for urban ecosystems and harmless to environment and landscape.

Modelos hidrológicos e de qualidade de água vêm sendo desenvolvidos para avaliar a poluição causada por fontes de origem difusa, em bacias hidrográficas agrícolas. Com esse objetivo, o modelo SWAT (Soil and Water Assessment Tool) foi aplicado para simular o escoamento e a produção de sedimentos produzidos pela microbacia hidrográfica do Ribeirão dos Marins, afluente do rio Piracicaba, SP, no biênio 1999/2000. A aplicação do modelo requer a entrada dos dados na forma espacializada. A manipulação desses dados foi feita com o auxílio de um Sistema de Informações Geográficas (SIG) e uma interface entre o modelo e o SIG que, automaticamente, subdivide a bacia em sub-bacias a partir do Modelo Numérico do Terreno (MNT) e, então, extrai os dados de entrada relacionados para cada sub-bacia dos outros Planos de Informação (PI’s), uso da terra e solos, associados a um extenso banco de dados. Posteriormente, os resultados finais da simulação são apresentados no formato de mapas, gráficos e tabelas. Os resultados obtidos da simulação, médias mensais do escoamento e a produção de sedimentos, foramcomparados aos dados observados em um posto hidrossedimentométrico localizado no terço superior da microbacia, utilizando o Coeficiente de Eficiência de Nash e Sutcliffe (COE) e o desvio dos dados simulados em relação aos observados (Dv). Foi feita uma calibração de alguns parâmetros físico-hídricos do solo e físico das sub-bacias, para as duas variáveis simuladas. Dois cenários alternativos de uso da terra foram simulados. No primeiro, o uso atual foi mantido, mas considerou-se uma faixa de mata ciliar de 30m em toda a extensão dos cursos d’água e de 50m ao redor das nascentes, de acordo com o Código Florestal. No segundo cenário, como as pastagens ocupam as encostas mais íngremes, com alto potencial erosivo, as áreas ocupadas por pastagem foram substituídas por vegetação florestal. As simulações dos dois cenários foram comparadas com as condições do cenário atual em termos de redução da produção de sedimentos. Os resultados obtidos para o escoamento simulado foram de 0,92 e –0,7% para o COE e o Dv, respectivamente, após a calibração. Na simulação da produção de sedimentos pelo modelo, após a calibração, o COE obtido foi de 0,83 e o Dv de –3,2%. Os cenários produziram diferentes padrões espaciais da produção de sedimentos. Uma redução de 84,4% na produção de sedimentos foi obtida com a substituição da pastagem por vegetação nativa (cenário 2). No cenário 1, a redução foi de 10,8%. Esses resultados evidenciam a necessidade de se tratar a paisagem em bacias hidrográficas de uma forma global, identificando as "áreas ambientalmente sensíveis", onde são necessárias práticas de controle dos processos erosivos e não somente com a proteção dispensada aos cursos d’água por meio da mata ciliar. / Hydrological and water quality models have been developed to evaluate the nonpoint source pollution in agricultural watershed. With this objective, SWAT (Soil and Water Assessment Tool) model was applied to simulate the streamflow and sediment yield in Ribeirão dos Marins watershed, on the Piracicaba river basin, Brazil, for the period 1999/2000. The application of the model requires the input data in spatial format. The manipulation of these data was made with an interface between the model and the Geographic Information System (GIS) that, automatically, subdivides the basin in subbasins, from the Digital Terrain Model (DTM) and extracts the input data for each subbasin from the land use and soil layers. Later, the results of the simulation are presented in the format of maps, graphs and tables. The results of the simulation, monthly averages of the streamflow and the sediment yield, were compared to the observed data in a gauge station located in Ribeirão dos Marins watershed, using the Nash Sutcliffe Coefficient (COE) and the deviation of the simulated data in relation to the observed data (Dv). A calibration of some physical-hydrological parameters of soil and physical of the subbasins was made for the two variables simulated. Two alternative scenarios of land use have been simulated. In the first, the current land use was kept, with a riparian buffer of 30m along of the drainage network and of 50m around the springs, in accordance with the Forest Code. In the second scenario, as the pastures occupy the steepest hillsides, with high erosive potential, pastures were changed by native forest. The simulations of the two scenarios were compared to the current scenario, regarding the reduction of sediment yield. The results of the simulated streamflow were of 0,92 and –0,7% for the COE and the Dv, respectively, after the calibration. In the simulation of the sediment yield, after the calibration, the COE was 0,83 and Dv was –3,2%. The scenarios produced different spatial patterns of the sediment yield. The reduction in sediment yield of 84,4% was obtained with the substitution of the pasture by native vegetation (scenario 2). In scenario 1, the reduction was of 10,8%. These results show that is necessity to manage watershed considering the whole landscape aspects, identifying environmentally sensitive areas, mainly in relation to erosion, instead of protecting only riparian areas.

As águas superficiais vêm sofrendo impactos em diversas cidades e o escoamento superficial tem sido uma das causas primárias de degradação dos recursos hídricos devido à poluição difusa, além das fontes pontuais, como efluentes domésticos e industriais. A Concentração Média do Evento (CME) tem sido muito utilizada para caracterizar a poluição difusa gerada no escoamento superficial durante o evento de precipitação, além de ser empregada como parâmetro de entrada na estimativa de carga de origem difusa por meio de modelos hidrológicos. Este estudo se dedicou especialmente à avaliação de como a CME influencia a estimativa de cargas difusas quando parâmetro de entrada para modelos hidrológicos. Para isso, além de atividades de campo visando à confecção de modelos de previsão da CME com base em dados reais de uma bacia hidrográfica urbana (Mineirinho, São Carlos, SP) em resposta a eventos chuvosos, buscou-se ajustar, à realidade brasileira, um modelo consagrado para estimativa de cargas difusas e aplicado principalmente em países com clima temperado. Os resultados desta pesquisa mostraram que, em geral, os valores de CME observados são de 2 a 12 vezes maiores que os encontrados na literatura internacional. Em comparação com estudos nacionais, observou-se uma variação nos dados encontrados dependendo das características da bacia hidrográfica monitorada. Além disso, ao adequar o modelo hidrológico L-THIA às características locais, verificou-se um aumento na estimativa da carga de origem difusa quando se utilizavam dados locais. Por fim, com base nas análises realizadas neste estudo, foi possível verificar que os valores de CME que melhor representam as características da bacia hidrográfica do Mineirinho são: nitrogênio total Kjeldahl 6,19 mg.L-1, fósforo total 1,00 mg.L-1, sólidos suspensos totais 870 mg.L-1, chumbo 0,78 mg.L-1, cobre 0,09 mg.L-1 e zinco 0,34 mg.L-1. Reforça-se, portanto, a necessidade de estudos locais para análise da poluição difusa para o planejamento de ações de mitigação de poluição difusa no Brasil. / Surface water has been impacted in several cities and surface runoff has been one of the primary causes of degradation of this resource due to nonpoint source pollution besides the point sources, like domestic effluents and industries. The Event Mean Concentration (EMC) has been widely used to characterize the diffuse pollution generated in the surface runoff during the precipitation event, and it is still used as input parameter in hydrological models that seek to estimate diffuse load. This study focused particularly on the evaluation of how the EMC influences the estimation of diffuse loads as input parameter for hydrological models. To that end, in addition to field activities for the preparation of EMC forecast models based on real data from a river basin in response to rainy events, we attempted to adjust to the Brazilian reality a well-established model for estimating diffuse loads and mainly applied in countries with temperate climate. The results of this research showed that, overall, the EMC observed values are from 2 to 12 times higher than those found in the international literature. Compared with national studies, a variation was observed in the data found depending on the characteristics of the monitored watershed. In addition, when adapting the L-THIA hydrological model to local characteristics, there was an increase in the diffuse source load estimate when using local data. Finally, based on the analyzes carried out in this study, it was possible to verify that the EMC values which best represent the characteristics of the Mineirinho river basin are: Total Kjeldahl Nitrogen 6.19 mg.L-1, Total Phosphorous 1.00 mg.L-1, Total Suspended Solids 870 mg.L-1, Lead 0.78 mg.L-1, Copper 0.09 mg.L-1 and Zinc 0.34 mg.L-1. Therefore, it is necessary to carry out local studies to analyze diffuse pollution in order to create a more solid basis for the planning of mitigation actions to control diffuse pollution in Brazil.

La connaissance des principales sources diffuses de sédiments permettrait d'améliorer l'utilisation des ressources publiques investies dans les stratégies de gestion des sols. Les méthodes de traçage (fingerprinting) conventionnelles basées sur la composition géochimique sont laborieuses et nécessitent une préparation importante des échantillons. Cette étude visait à rechercher les sources de sédiments dans des bassins versants agricoles du Rio Grande do Sul (sud du Brésil) et d'évaluer l'utilisation des outils spectroscopiques comme technique alternative. La superficie des bassins versants étudiés est comprise entre 0,80 et 2027 km². Les sources de sédiments correspondent aux terres cultivées, aux prairies, aux chemins agricoles et aux berges des cours d'eau. L'échantillonnage des sédiments est basé sur des préleveurs automatiques pour un suivi temporel, des prélèvements de sédiments fins du lit de la rivière, et lors d'événements de pluvieux. La concentration totale des traceurs géochimiques a été mesurée dans les échantillons de sédiments et de sols. Les mesures spectrales ont été faites dans la gamme ultraviolet-visible, proche infrarouge et infrarouge moyen pour le bassin versant d'Arvorezinha. Les deux méthodes, classiques et spectroscopiques, permettent de discriminer et de fournir la contribution des sources de sédiments. L'information spectrale peut être aussi précise que les traceurs géochimiques. En outre, la combinaison de paramètres de couleur dérivés du spectre dans le visible avec traceurs géochimiques était une façon rapide et peu coûteuse pour améliorer la discrimination entre les sources et la précision des prédictions. La contribution des sources de sédiments démontrent que d'autres facteurs que proportion de l'utilisation des terres, comme la distribution de terres agricoles, les forêts et les chemins agricoles dans le paysage, jouent un rôle important dans la production de sédiments. Forêt riparienne semble être un facteur clé de l'érosion des berges des cours d'eau. L'érosion due aux chemins agricoles semble être fortement liée échelle d'observation et dépend du nombre de points ou les routes traversent le réseau hydrographique. Les terres cultivées, même lorsque cultivées sans labour (semis direct), sont encore la principale source de sédiments dans les bassins versants agricoles dans le sud du Brésil. La quantité de sédiment produite par les terres cultivées et par unité de surface qui atteint efficacement le réseau de drainage variait de 0,06 à 3,95 tonnes ha-1 an-1. Ces variations sont partiellement liées au relief et à la pente, mais elles sont essentiellement influencées par l'utilisation des terres et la gestion des sols. La quantité de sédiments provenant des terres cultivées est encore trop élevée pour des zones de faible érosivité et cultivées sans labour du sol, comme le bassin versant de Conceição (1, tonnes ha-1 an-1). Ceci, indique que des efforts supplémentaires sont encore nécessaires pour réduire l'érosion du sol. Par conséquent, il est urgent de mieux planifier l'utilisation et l'occupation des terres dans ces bassins versants, dans la mesure où les systèmes de gestion des sols utilisés par les agriculteurs sont encore inefficaces pour réduire le ruissellement et l'érosion dans les zones cultivées dans le sud du Brésil. / The knowledge of the main diffuse sources of sediment production can enhance efficiency in the use of public resources invested in management strategies that seek to mitigate sediment transfer. Conventional fingerprinting methods based on geochemical composition are timeconsuming and require critical preliminary sample preparation. In this sense, spectroscopic methods can be less labor-intensive, cheap, and viable alternative for this purpose. The present study aimed to evaluate the sediment sources in agricultural catchments from Rio Grande do Sul State, Brazil, and to evaluate the potential use of spectroscopy measurements as a low cost and easy alternative to fingerprinting sediment sources. The total area of the study includes five catchments as Arvorezinha, Júlio de Castilhos 1, Júlio de Castilhos 2, Conceição, and Guaporé with areas of 1.19, 0.80, 1.43, 804.3, and 2,027.2 km², respectively. Sediment sources evaluated were crop fields, grasslands, unpaved roads, and stream channels. Sediment sampling strategy included time-integrated samplers, fine-bed sediments, and storm-event sediments. The total concentrations of several geochemical tracers were estimated in sediment and source samples. Spectral measurements were made for ultraviolet-visible, near-infrared, and mid-infrared ranges only for the Arvorezinha catchment. Source ascriptions obtained by alternative methods based on spectroscopy analysis were in agreement with ascriptions from classical fingerprinting method based on geochemical composition. Spectral information can be as precise as the geochemical tracers. Besides, combining visible-based-colour to geochemical tracers was a rapid and inexpensive way to enhance discrimination between source types and to improve precision of sediment sources apportionment. Findings of sediment source apportionment demonstrate that other factors than proportion of land use, such as distribution of croplands, forests, and unpaved roads in the landscape; play an important role in sediment production. Riparian forests seems to be a key factor for stream channel erosion. Unpaved roads seems to be strongly scale-related and dependent upon the number of points were roads across directly the stream network. The crop fields, even when cultivated with no-tillage, are still the main source of sediment in agricultural catchments in southern Brazil. The amount of sediment yielded from crop fields per unit of area that actually reaches the stream outlet ranged from 0.06 to 3.95 ton ha-1 yr-1. These variations are attributed partly to the relief and slope, but land use and soil management mostly influences them. The amount of sediment originated from crop fields are still too high for low susceptible areas with no-till, as Conceição catchment (1.30 ton ha-1 yr-1), indicating that further efforts are still necessary to further reduce soil erosion. Therefore, there is an urgent need to better plan land use and occupation in these catchments, inasmuch as the soil management systems used by farmers are still inefficient to reduce runoff and erosion in areas with crops in southern Brazil. / O conhecimento das principais fontes difusas de sedimentos pode aumentar a eficiência de utilização dos recursos investidos em estratégias de gestão que visem mitigar a transferência de sedimentos aos cursos d'água. Métodos convencionais baseados na composição geoquímica ainda tem alto custo, são onerosos e demandam preparação preliminar crítica das amostras. Dessa forma, métodos espectroscópicos podem ser uma alternativa menos trabalhosa, mais rápida e viável para esse propósito. Objetivou-se com o presente trabalho avaliar a contribuição das fontes de sedimentos em bacias hidrográficas agrícolas do estado do Rio Grande do Sul, e avaliar o potencial uso da espectroscopia como uma alternativa para traçar a origem dos sedimentos. As áreas de estudo são representativas dos principais impactos da agricultura nos recursos hídricos no estado. A área total das bacias hidrográficas de Arvorezinha, Júlio de Castilhos 1, Júlio de Castilhos 2, Conceição e Guaporé é de 1,19, 0,80, 1,43, 804,3 e 2.031 km², respectivamente. As fontes de sedimento avaliadas foram lavouras, pastagens, estradas e canais da rede de drenagem. A estratégia de amostragem de sedimentos incluiu coleta com amostradores do tipo integrador no tempo, sedimento de fundo e sedimento coletado durante eventos pluviométricos. A concentração de vários traçadores geoquímicos foram estimados nas amostras de sedimento e das fontes. Análises espectroscópicas foram realizadas na região do ultravioleta-visível, infravermelho próximo e infravermelho médio na bacia hidrográfica de Arvorezinha. A contribuição das fontes estimadas pelos métodos espectroscópicos foram similares às obtidas com traçadores geoquímicos. Além disso, a combinação de parâmetros de cor derivados da faixa espectral do visível pode ser uma alternativa rápida e de baixo custo para melhorar a discriminação das fontes e aumentar a precisão das predições. Os resultados demonstram que outros fatores além da proporção do uso do solo são importantes na produção do sedimento, como a distribuição das lavouras, florestas e estradas na paisagem. As florestas ripárias exercem um fator chave na erosão dos canais de drenagem. As estradas parecem ser fortemente dependentes da escala e do número de pontos em que cruzam os canais de drenagem. As lavouras, mesmo cultivadas sob plantio direto, ainda são as principais fontes de sedimentos nas bacias hidrográficas rurais do sul do Brasil. A quantidade de sedimento produzida nas lavouras que atinge a rede fluvial variou de 0.06 a 3.95 ton ha-1 ano-1. Essa variação é devida em parte às condições naturais intrínsecas de relevo e fortemente influenciada pelo uso e manejo do solo. A quantidade de sedimento erodida das lavouras ainda são muito elevadas para áreas de baixa susceptibilidade à erosão manejadas sob plantio direto, como na bacia hidrográfica do Conceição (1.30 ton ha-1 ano-1), indicando que maiores esforços ainda são necessários para reduzir a erosão do solo. Existe uma necessidade urgente de planejar a utilização e ocupação da terra nessas bacias, uma vez que os sistemas de manejo do solo utilizados pelos agricultores ainda são ineficientes para reduzir a erosão nas lavouras no sul do Brasil.

Submitted by Izabel Franco (izabel-franco@ufscar.br) on 2016-09-27T14:11:10Z No. of bitstreams: 1 DissAHS.pdf: 2312692 bytes, checksum: c2ebb789fa7e739eba3f96c03b8c245a (MD5) / Approved for entry into archive by Ronildo Prado (ronisp@ufscar.br) on 2016-10-03T19:41:52Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DissAHS.pdf: 2312692 bytes, checksum: c2ebb789fa7e739eba3f96c03b8c245a (MD5) / Approved for entry into archive by Ronildo Prado (ronisp@ufscar.br) on 2016-10-03T19:42:02Z (GMT) No. of bitstreams: 1 DissAHS.pdf: 2312692 bytes, checksum: c2ebb789fa7e739eba3f96c03b8c245a (MD5) / Made available in DSpace on 2016-10-03T19:50:38Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DissAHS.pdf: 2312692 bytes, checksum: c2ebb789fa7e739eba3f96c03b8c245a (MD5) Previous issue date: 2015-04-10 / Não recebi financiamento / The study conducted examined the sediment removal behavior for a lawn channel built full-scale, 100 m in length, slope of 2% and wide base of 0.7 m in the Federal University of São Car them, San Carlos - SP. For this analysis, we simulated runoff for three volumes of downloads 5; 7; 10 m³, represented each with their respective hydrograph and blade height by passing the flood wave. These flows were mixed with the particulate material produced from the local ground of the campus area, sieved to smaller than 75 micron, which is used for varying the initial concentration for tests. The experimental data were fit to a model first order decay, Meira optimum slug flow in through non-linear regression using decay kinetic parameters (k d) and equilibrium concentration (C *). Fractions removed and the mathematical adjustment were evaluated and executed for each single event along the length of the lawn channel monitored in 26 positions. The peak of the hydrograph was investigated in the range of 11 ± 2 L / s and time base (tb) determined at the unloading point on the channel varied from 15, 25 and 35 minutes. The transit time in the channel (tT) was approximately 10.5 ± 2.5 m, corresponding to 0.14 ± speed 0,02 m / s. The maximum efficiency of particulate matter removing over the lawn channel length ranged from 47 to 81% in 20-90 m positions. Whereas all concentrations of investigates, it was found that for 15 minutes tB, the average maximum efficiencies were on the order of 64 ± 3% to ± 26 position of 31 m. TB to 25 minutes the average maximum were of the order of 73 ± 3% to 59 ± 24 m positions. Finally, for 35 minutes tB the average maximum efficiencies were obtained in the range of 65 ± 3% in the 73 ± 15 m positions. The ratio tb / tT correlated 0.98 with the position of maximum efficiency. The maximum removal positions are related to the decay constant (Kd). It was found that 70% of the values of the decay constant (Kd) is between 0.005 and 0.015 s-1, and to disregard the hydrograph represented by tB 15 minutes, 90% of the data is contained in it Halftone 0.005 Kd ≤ ≤ 0.015 s-1 and 85% in the range 0.007 ≤ 0.012 ≤ Kd s-1. It was identified direct and proportional relation of the equilibrium concentration (C *) and initial concentration (Co). / O estudo desenvolvido analisou o comportamento de remoção de sedimento para um canal gramado construído em escala real, 100m de extensão, declividade de 2% e largura de base de 0,7m, localizado na Universidade Federal de São Carlos, São Carlos - SP. Para tal análise, foram simulados escoamentos superficiais para três volumes de descarregamentos: 5; 7; 10m³, representados cada um com seu respectivo hidrograma e altura de lâmina pela passagem da onda de cheia. Estes escoamentos foram misturados com o material particulado produzido a partir do solo local da região do campus, peneirado para dimensões menores que 75μm, o qual foi utilizado para variação da concentração inicial para os ensaios realizados. Os dados experimentais foram ajustados a um modelo de decaimento de primeira ordem, em escoamento ideal pistonado por meio de regressão não linear, usando os parâmetros cinéticos de decaimento (kd) e de concentração de equilíbrio (C*). As frações removidas e o ajuste matemático foram avaliados e realizados para cada evento isolado, ao longo do comprimento do canal gramado e monitorados em 26 posições. O pico dos hidrogramas investigados foi da ordem de 11±2L/s, e o tempo de base (tB) determinado no ponto de descarregamento no canal variou de 15, 25 e 35 minutos. O tempo de trânsito no canal (tT) foi da ordem de 10,5±2,5 minutos, correspondente à velocidade de 0,14±0,02m/s. A eficiência máxima de remoção de material particulado ao longo do comprimento do canal gramado variou de 47 a 81% em posições de 20 a 90m. Considerando todas as concentrações investigadas, verificou-se que para tB de 15 minutos, a média das máximas eficiências foram da ordem de 64±3% para posição de 31±26m. Para tB de 25 minutos a média das máximas foram da ordem de 73±3% para posições de 59±24m. Finalmente, para tB de 35 minutos a média das máximas eficiências obtidas foram da ordem de 65±3% nas posições de 73±15m. O quociente tB/tT apresentaram correlação de 0,98 com a posição de máxima eficiência. As posições de máxima remoção estão relacionadas à constante de decaimento (kd). Verificou-se que 70% dos valores da constante de decaimento (kd) estão entre 0,005 e 0,015 s-1, sendo que ao desconsiderar o hidrograma representado por tB de 15 minutos, 90% dos dados estão contidos no intervalo 0,005 ≤ kd ≤ 0,015s-1 e 85% no intervalo 0,007 ≤ kd ≤ 0,012s-1. Foi identificada relação direta e proporcional da concentração de equilíbrio (C*) e concentrações iniciais (Co).