O crescimento urbano desordenado em áreas periféricas sem o devido acompanhamento de uma infra-estrutura urbana adequada tem causado um forte impacto negativo na qualidade do ambiente, em especial nos recursos hídricos. A supressão do ambiente ciliar, o aumento da impermeabilização do solo e o lançamento de efluentes domésticos diretamente nos corpos d’água são os principais fatores que contribuem para a degradação de ambientes aquáticos. Outro fator que também tem acompanhado o crescimento urbano desordenado é o aumento da produção de sedimentos, que em conjunto com os contaminantes gerados em um ambiente urbano (metais pesados, inseticidas, herbicidas, etc), estão transformando áreas residenciais que poderiam ser consideradas livres de vários tipos de poluentes em importantes fontes de poluição difusa. O presente trabalho tem o objetivo de verificar a presença de alguns poluentes inorgânicos em uma bacia urbana residencial e não-industrial, identificar sua origem e seu potencial poluidor. A bacia urbana possui uma área aproximada de 0,83 km² e está localizada na região metropolitana de Porto Alegre-RS. Realizou-se a coleta de amostras de sedimentos fluviais em suspensão no exutório da área de estudo durante os anos de 2003, 2004, 2005 e 2006. Com base nestas amostras, identificou-se as fontes de sedimentos em suspensão através do método de “Fingerprinting”, onde se constatou que o suprimento de sedimentos pelas diferentes fontes de contribuição (ruas pavimentadas, ruas de terra e calha fluvial) apresentaram uma variação entre os eventos e intra-eventos, evidenciando a complexidade do sistema de suprimentos de sedimentos para a calha fluvial. Os resultados das análises de digestão ácida total para obtenção das concentrações totais de metais e arsênio sorvidas nos sedimentos fluviais em suspensão mostraram que estes estão sendo condicionados a um processo de enriquecimento devido à presença de contaminantes no ambiente. Os resultados das análises de extração seqüencial para o Ni e Zn mostraram características diferentes quanto às suas afinidades para com os compartimentos geoquímicos dos sedimentos. Quanto à mobilidade destes metais, o zinco, ao contrário do níquel, apresentou-se como um contaminante com elevado potencial a ser liberado para o ambiente caso ocorram alterações no pH e/ou Eh. / In the absence of sound environmental policies and adequate urban infrastructure, disordered urban growth in major metropolitan areas has caused a huge negative impact on environmental quality-especially water resources. Removal of creekside vegetation, increased paved area, and emission of untreated domestic sewage directly into waterways are the main factors that contribute to the degradation of aquatic environments. With disordered urban growth, there is an increase in sediment yield that, when combined with the pollution present in urban environments (heavy metals, insecticide, etc.), turns relatively pollution-free residential areas into important sources of non-point-source pollution. This study aims to verify the presence of some inorganic pollutants in a residential urban watershed, to identify their origin, and their potential to pollute the aquatic ecosystem. The study watershed is an area of approximately 0.83 km², located in the metropolitan area of Porto Alegre, a major city in southern Brazil. Suspended sediment samples were collected in the watershed outlet from 2003 to 2006. Based on these samples, sediment sources were identified using trace chemical fingerprinting. It was found that sediment sources presented variability between rainfall events and within events. Total acid digestion analyses were performed to obtain the total concentrations of heavy metals and arsenic, demonstrating an enrichment process due to the presence of pollutants in the environment. Sequential extraction analyses showed different affinity characteristics for Ni and Zn in relation to the geochemical compartments of the sediment. As for the mobility of the two metals, zinc, but not nickel, appears to have a high potential to be released in the environment in case of pH and/or Eh alterations.

Orientador : Prof. Dr. Sandro José Froehner / Tese (doutorado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Recursos Hídricos e Ambiental. Defesa: Curitiba, 28/06/2017 / Inclui referências : f. 139-147 / Resumo: Os sedimentos fluviais formam um compartimento ambiental especial capaz de armazenar compostos orgânicos e metais em geral, cujas variações espaciais e temporais nos teores podem ser associadas ao uso do solo e à herança geológica. A crescente preocupação com a poluição causada pelo aporte de material sólido em corpos hídricos fez com que o método de identificação de fontes de sedimentos chamado fingerprinting fosse desenvolvido nas últimas décadas. No entanto, o grande número de fontes de sedimentos no ambiente urbano e a complexa variabilidade dos teores dos traçadores torna desafiadora a aplicação do método em bacias médias e grandes. Neste trabalho foi avaliada a variação espacial da concentração de metais, fósforo e carbono orgânico total nos sedimentos em suspensão ao longo de rio sob influência urbana, sendo aplicado o método de fingerprinting para identificação de regiões produtoras de sedimentos na bacia do rio Barigui (264,91 km²), localizada na região metropolitana de Curitiba. Por meio de amostradores integrados no tempo e coletas instantâneas, amostras de sedimentos em suspensão foram obtidas em quatro pontos (P1, P2, P3 e P4) com diferentes níveis de ocupação urbano-industrial ao longo da bacia, sendo que cada ponto delimitou, respectivamente, uma região de contribuição (AT, PT, PB e PC). Vinte e cinco amostras foram obtidas para análises de Al, As, Ba, Ca, Cd, Co, Cr, Cu, Fe, K, La, Mg, Mn, Na, Nb, Ni, P, Pb, Sc, Sn, Sr, Th, Ti, V, Y, Zn, Zr e COT, sendo calculados índices de acumulação (Igeo e FEMn) e fluxos de transporte específico para os metais e COT. Para as análises do método de fingerprinting, considerou-se cada região como uma fonte, sendo a bacia também dividida em regiões em função da geologia e de diferentes níveis de urbanização. Dos 28 parâmetros analisados, 20 apresentam taxas de variação de concentração positivas ao longo da bacia, sendo as maiores obtidas para Th (381%), Na (214%), P (195%), Nb (195%), Zn (165%), Cr (116%), Sr (101%), Ti (100%), Ni (94,2%), Sn (78,5%) e Cd (76,4%). Alguns elementos aparecem mais associados ao aumento de urbanização ao longo da bacia (Cd, Cr, Ni, Zn, Fe, Na, Nb, P, Sr, Th, Ti e COT) enquanto que outros (As, Ca, K e Mg) aparecem associados à matriz geológica local. A análise integrada dos fluxos de transporte específico com o índice de geoacumulação (Igeo) e o fator de enriquecimento (FEMn), permite destacar contribuição antrópica urbano-industrial por Na, P, Zn, Ni, Sr e Cr. Considerando somente a metade superior da bacia, a aplicação do método de fingerprinting por regiões mostrou que as formações geológicas que mais contribuem com sedimentos fluviais foram a Formação Guabirotuba (56,65%) e o Complexo Gnáissico-Migmatítico (43,35%). As regiões mais urbanas contribuíram com 78 a 91% do fluxo de sedimentos. Pouco sedimento (9 a 27%) produzido na região das cabeceiras chega até a metade da bacia, mesmo nos meses mais chuvosos. Considerando toda a bacia, 80 a 100% do fluxo de sedimentos vem das regiões mais densamente urbanizadas. O método de fingerprinting utilizando regiões como fontes, ao valer-se da variabilidade dos teores dos traçadores urbanos e geológicos, apresentou-se viável para discriminar entre regiões urbanas e estimar a produção relativa de sedimentos de cada região. Áreas urbanas são importantes produtoras de sedimentos fluviais e o método de fingerprinting por regiões pode ser aplicado como ferramenta para a gestão de recursos hídricos no ambiente urbano. Palavras-chave: Sedimentos fluviais. Metais. Fingerprinting por regiões. / Abstract: River sediments form a special environmental compartment capable of storing organic compounds and metals, in general, presenting changes to their content in space and time that may be related to land use and geology. The growing concern about pollution caused by the amount of solid material in water bodies was the reason for the development of the fingerprinting method in recent decades, to identify sources of sediment. However, the large number of sources of sediments in the urban environment and the complex variability of the tracers contents turns the application of the method to medium and large basins into a challenging task. In this work the spatial variation of metals, phosphorus and total organic carbon in suspended sediments along a river under urban influence was assessed, by applying the fingerprinting method for the identification of regions that produce sediment on the basin of the Barigui River (264.91 km²), located in the metropolitan region of Curitiba. Using time integrated suspended sediment samplers and instantaneous sampling, samples of suspended sediment were obtained at four points (P1, P2, P3 and P4) with different levels of urban-industrial occupation along the basin, and each of those points delimited, respectively, a contribution region (AT, PT, PB and PC). Twenty-five samples were obtained for analysis of Al, As, Ba, Ca, Cd, Co, Cr, Cu, Fe, K, La, Mg, Mn, Na, Nb, Ni, P, Pb, Sc, Sn, Sr, Th, Ti, V, Y, Zn, Zr and COT, and the accumulation rates (Igeo and FEMn) were calculated as well as specific transport flows for metals and COT. For the fingerprinting method analysis, each region was considered as a source, while the basin was also divided into regions depending on the geology and different levels of urbanization. Out of the 28 parameters analyzed, 20 showed positive rates for concentration variation along the basin, the highest being obtained for Th (381%), Na (214%), P (195%), Nb (195%), Zn (165%), Cr (116%), Sr (101%), Ti (100%), Ni (94.2%), Sn (78.5%) and Cd (76.4%). Some elements appear more closely associated to increased urbanization along the basin (Cd, Cr, Ni, Zn, Fe, Na, Nb, P, Sr, Th, Ti and COT) while others (As, Ca, K and Mg) seem associated to geology. The integrated analysis of specific transport flows with the geo-accumulation index (lgeo) and the enrichment factor (FE,Mn), shows the relevance of urban-industrial anthropogenic contribution by Na, P, Zn, Ni, Sr and Cr. Considering only the upper half of the basin, the application of the fingerprinting method by regions showed that the geological formations that contribute the most with river sediments were the Guabirotuba Formation (56.65%) and the Gneissic- Migmatitic Complex (43.35%). The most urbanized regions contributed with 78 to 91% of the sediment flow. Little sediment (9%-27%) produced in the headwater region reaches the center of the basin, even in the rainiest months. Considering the entire basin, 80 to 100% of the sediments flow comes from densely urbanized regions. The fingerprinting method, considering regions as sources, was used to distinguish urban regions and estimate the relative sediment production. Urban areas are important and complex producers of river sediment, and the fingerprinting method may be applied to identify regions that produce the most sediment, as a tool for the management of water resources in the urban environment. Key-words: Fluvial sediments. Metals. Fingerprinting by regions.

Resumo: Os sedimentos produzidos por erosão do solo e de drenagem urbana podem se acumular nos leitos dos rios, formando ilhas. Assim, obras de desassoreamento e limpeza devem ser realizadas para sua remoção, o que previne enchentes. Esses sedimentos devem ser convenientemente destinados de acordo com seu grau de contaminação. Os sedimentos do Rio Belém, Município de Curitiba, Paraná, Brasil, na Região do "Baixo Belém", foram removidos em 2010 com uso de máquinas. Eles foram depositados provisoriamente nas suas margens. Os materiais removidos das ilhas centrais e laterais do rio, bem como do fundo do rio e solo marginal foram denominados sedimentos. Sua destinação final foi avaliada neste trabalho com base na análise química preliminar de contaminantes inorgânicos e orgânicos. A ação antrópica nesta região foi avaliada para a escolha dos contaminantes a serem pesquisados. Os seguintes tipos de estabelecimentos na área de estudo foram identificados: indústrias em geral (22%), usinagem e tratamento de metais (11%), gráficas (21%), serviços automotivos (37%) e postos de combustíveis (10%). Os sedimentos foram depositados em seis áreas ao longo do rio Belém, sendo o ponto 1 mais afastado e o 6 mais próximo ao deságüe no rio Iguaçu. O teor de metais pesados (cádmio, chumbo, cobre, cromo, níquel, prata e zinco), hidrocarbonetos aromáticos polinucleados (PAH), carbono orgânico total e nitrogênio total foram avaliados nos seis pontos de deposição. Assim, os valores foram obtidos e comparados com referências legais e normativas, de modo a determinar a melhor forma de destinação final: solo (Decreto Municipal 1190/04 e Resolução CONAMA 420/09), material dragado (Resolução SMA 039/04), lodo de esgoto (Resolução CONAMA 375/06 e Instrução Normativa SDA 025/09), sedimento (Resolução CONAMA 344/04 e Atlas Geoquímico da Região de Curitiba) e resíduo sólido (NBR 10004). A avaliação química dos contaminantes auxiliou na decisão de melhor uso tecnicamente possível do sedimento. A alta concentração para chumbo (1495,11 mg/kg para o ponto 2, com 8.500 m³) e benzo(a)pireno (9,07 mg/kg para o ponto 3, com 7.500 m³) destes locais restringiu seu uso para preenchimento de containeres geotêxteis ou como cobertura de aterros de residuos perigosos. Os sedimentos do ponto 4 (17.700 m³) e do 5 (19.500 m³) foram os menos contaminados e poderiam ter um uso mais nobre; por exemplo, como material de preenchimento para fundações em estradas, ruas e ciclovias ou como material para recuperação de áreas contaminadas. Os sedimentos do ponto 1 (5.200 m³) e do 6 (18.300 m³) poderiam ser utilizados como cobertura em aterros de resíduos não-perigosos. A aplicação na agricultura não seria direta, pois os teores de carbono orgânico total e de nitrogênio total foram baixos. Análises físicas complementares devem ser realizadas para confirmar as destinações sugeridas. Assim, o maior volume de sedimentos removidos não deveria ser disposto em aterros, o que é uma limitação para o município. Mas, o sedimento pode ter um uso mais nobre. A metodologia empregada poderá ser utilizada em outras obras de desassoreamento do município, que poderá ser expandida para outros casos em municípios brasileiros.

Foi desenvolvida uma ferramenta para simular a geração, o transporte e a redistribuição de sedimentos em bacias de grande escala, através da integração de uma metodologia simplificada para estimativa da distribuição espacial e temporal da perda de solo na bacia com uma metodologia de transporte de sedimentos em rios com planícies de inundação, e com o modelo hidrológico distribuído MGB-IPH. O MGB-IPH é um modelo hidrológico distribuído de grandes escalas, baseado em processos, que adota uma discretização da bacia em minibacias e o conceito de Unidades de Respostas Hidrológicas (URH). O modelo usa equações de base física para simular os processos hidrológicos, como o modelo de evapotranspiração de Pennan Monteith, e utiliza a abordagem de Muskingum-Cunge e um modelo hidrodinâmico 1D para propagar as vazões nos rios, incluindo efeitos de remanso e inundações sazonais. A integração considera a possibilidade de aplicação em bacias com escassez de dados e o uso de utilização de Sistemas de Informações Geográficas e dados espacializados. Buscou-se representar a dinâmica dos sedimentos em grandes bacias, tendo como estudo de caso a bacia do rio Madeira, caracterizada pela sua grande extensão territorial (~1,4.106 km2) e elevada produção de sedimentos. A MUSLE é utilizada para estimar a perda de solo em cada minibacia considerando um fator topográfico LS bidimensional extraído do SRTM/MDE e os demais parâmetros obtidos da literatura ou por formulações específicas. O transporte de sedimentos nos rios é realizado utilizando uma equação de advecção para partículas de silte e argila (materiais em suspensão) e uma equação da continuidade para partículas de areia (carga de fundo). Uma troca lateral de sedimentos em suspensão também é permitida entre os rios e suas planícies de inundação. As metodologias acopladas ao MGB forneceram resultados satisfatórios na bacia do rio Madeira, possibilitando uma visão distribuída da localização das principais fontes de geração de sedimentos na bacia e dos trechos de rios com maiores cargas de sedimentos transportadas. A dinâmica geral dos sedimentos, desde os principais locais de geração de sedimentos na bacia até a sazonalidade do transporte de sedimentos em suspensão nos principais rios, foi representada de forma distribuída. As concentrações e as cargas de sedimentos em suspensão simuladas foram comparadas com dados observados, nas escalas anual, mensal e diária, com ajustes satisfatórios entre elas ao longo dos principais rios da bacia. A transferência lateral de sedimentos entre rio e planície indicaram que 35% de toda a carga de sedimentos provenientes dos Andes é depositada nas planícies. Essa representação também permitiu o amortecimento dos picos e o retardo da propagação das concentrações. As concentrações e as cargas médias mensais de sedimentos em suspensão apresentaram comportamento semelhante aqueles descritos por outros estudos realizados neste bacia, os quais a avaliaram a partir de dados de campo. Apesar dos resultados satisfatórios, foi feita uma avaliação das potencialidades e limitações do modelo e fornecidas recomendações para trabalhos futuros. / It was developed a tool for modelling the production, transport and redistribution of sediments for large scales river basins, by integrating a simplified methodology to predict the spatial and temporal distribution of the soil loss over the basin with a methodology to transport sediments along river with floodplains, and couple them to the MGB-IPH hydrological distributed model. The MGB-IPH is a large-scale, distributed and process based hydrological model that uses a catchment based discretization and the Hydrological Response Units (HRU) approach. It uses physical based equations to simulate the hydrological processes, such as the Penman Monteith model for evapotranspiration, and uses the Muskingum Cunge approach and a full 1D hydrodynamic model for river routing; including backwater effects and seasonal flooding. The integration considers possible applications of the model in basins with data scarcity and the use of geographic information systems and spatially distributed information. It aimed to represent the sediments dynamics of large basin using the Madeira river basin as a case study, which is a large basin (~1,4.106 km2) with high amount of sediment transportation. The MUSLE model is used to predicts basin sediment production et each catchment considering a bi-dimensional topographic LS factor extract from SRTM/DEM and values of the other parameters derived from literature or specific equations. Sediment transport along the river are performed using an advection equation for silt and clay (suspended materials) and a sediment continuity equation for sand (bed load). A lateral exchange of suspended sediments is also allowed between rivers and its floodplains. The methodologies coupled with the MGB-IPH model provided satisfactory results in the Madeira river basin, allowing a distributed view of sediment production sites over the basin and of the rivers reaches transporting large amount of sediments. General sediment dynamic was represented in a spatialized way, including the main sources of sediment productions and the suspended sediment transport seasonality. Concentrations and loads of simulated suspended sediment were compared with observed data at annual, monthly and daily scales, shown satisfactory adjustments between them along the main rivers of the basin. Lateral exchanges of suspended sediment between rivers and floodplains indicated that near 35% of all Andeans loads are deposited into floodplains. This representation also allowed the damping of the peaks and the routing delay of the concentrations and of the loads of suspended sediments. Mean monthly concentrations and loads of suspended sediments showed similar behaviors of those described by other researches at this basin using observed data. Despite the satisfactory results, an assessment was made of the potential and limitations of the model and provided recommendations for future work.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, 2006. / Submitted by Diogo Trindade Fóis (diogo_fois@hotmail.com) on 2009-11-06T18:05:04Z No. of bitstreams: 1 2006_Cristina Caetano Bicalho.pdf: 5871013 bytes, checksum: 17c6acac092dea183e4346768e03fd7f (MD5) / Approved for entry into archive by Gomes Neide(nagomes2005@gmail.com) on 2010-10-25T13:14:16Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2006_Cristina Caetano Bicalho.pdf: 5871013 bytes, checksum: 17c6acac092dea183e4346768e03fd7f (MD5) / Made available in DSpace on 2010-10-25T13:14:16Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2006_Cristina Caetano Bicalho.pdf: 5871013 bytes, checksum: 17c6acac092dea183e4346768e03fd7f (MD5) Previous issue date: 2006-06 / Neste estudo foi realizado o levantamento de dados sedimentométricos em cursos d'água localizados a montante e a jusante do reservatório do Descoberto-DF com o objetivo de buscar um melhor conhecimento sobre o transporte de sedimentos nessa bacia. Foram realizadas campanhas mensais de junho de 2005 a fevereiro de 2006 para a determinação das descargas de sedimentos em suspensão com a utilização do amostrador de profundidade do tipo USDH-59 e a utilização do método de amostragem do Igual Incremento de Largura. Considerando-se que levantamentos sedimentométricos são trabalhosos e onerosos e buscando-se alternativas para torná-los mais práticos e rápidos, foram realizados estudos sedimentométricos das seções transversais em que buscou-se avaliar a representatividade das verticais da seção e avaliar-se possíveis correlações entre a concentração de sedimentos em suspensão em amostras coletadas na margem com a concentração média da seção. Os estudos mostraram que, aparentemente, a sub-bacia do ribeirão das Pedras teve o seu nível de degradação reduzido ao comparar-se os anos de 1989 e 2005. O Capão Comprido, uma pequena bacia rural, apresenta alta descarga específica de sedimentos em suspensão em comparação com outras sub-bacias com características semelhantes. A seção do rio Descoberto a jusante do reservatório e do rio Melchior, apresentou descarga de sedimentos considerada muito alta. Os resultados obtidos foram utilizados para avaliar o assoreamento do reservatório do Descoberto e verificou-se que as descargas sólidas dos tributários do reservatório foram possivelmente subestimadas. As causas para isso podem estar relacionadas às curvas-chave de sedimentos obtidas e seus pequenos intervalos de aplicação, à utilização de valores médios diários de vazão para a estimativa das descargas sólidas, além das limitações intrínsecas aos métodos utilizados, considerando-se que pequenas bacias podem exigir metodologia específica para resultados mais precisos. ______________________________________________________________________________ ABSTRACT / In this study, sedimentometric data were collected in streams located upstream and downstream the Descoberto reservoir, with the objective of improving the knowledge about the sediment transport in this watershed. Monthly data collection campaigns from June-2005 to February-2006 were carried out to determine suspended sediments loads using a depth sampler, type USDH-59 and adopting the sampling method of the Equal Increment of Width. Considering that sediment yield surveys are laborious and expensive, and searching for alternatives to make them more practical and fast, studies on sediment yield distribution on the transversal sections were accomplished, aiming to determine the most representative verticals in the transversal section and to evaluate possible correlation between suspended sediment concentration in samples collected near river bank and the average concentration on the transversal section. The studies demonstrated that ribeirão das Pedras stream had its level of degradation apparently reduced if the years of 1989 and 2005 are compared. It was observed that the Capão Comprido, a small agricultural basin, presented high specific suspended sediment load, in comparison with other basins with similar characteristics. The section downstream the Descoberto reservoir and the Melchior river, presented a suspended sediment production considered very high. The results of this study were used to evaluate the sedimentation in the Descoberto reservoir and it was verified that the sediment yield of its tributaries was possibly underestimated. The reasons for this can be related to the sediment rating curves and its short range of discharges, the use of mean daily flows for estimating daily sediment loads, and all the intrinsic limitations of the used methods, considering that small watersheds may demand specific methodology for more precise results.

Foi desenvolvida uma ferramenta para simular a geração, o transporte e a redistribuição de sedimentos em bacias de grande escala, através da integração de uma metodologia simplificada para estimativa da distribuição espacial e temporal da perda de solo na bacia com uma metodologia de transporte de sedimentos em rios com planícies de inundação, e com o modelo hidrológico distribuído MGB-IPH. O MGB-IPH é um modelo hidrológico distribuído de grandes escalas, baseado em processos, que adota uma discretização da bacia em minibacias e o conceito de Unidades de Respostas Hidrológicas (URH). O modelo usa equações de base física para simular os processos hidrológicos, como o modelo de evapotranspiração de Pennan Monteith, e utiliza a abordagem de Muskingum-Cunge e um modelo hidrodinâmico 1D para propagar as vazões nos rios, incluindo efeitos de remanso e inundações sazonais. A integração considera a possibilidade de aplicação em bacias com escassez de dados e o uso de utilização de Sistemas de Informações Geográficas e dados espacializados. Buscou-se representar a dinâmica dos sedimentos em grandes bacias, tendo como estudo de caso a bacia do rio Madeira, caracterizada pela sua grande extensão territorial (~1,4.106 km2) e elevada produção de sedimentos. A MUSLE é utilizada para estimar a perda de solo em cada minibacia considerando um fator topográfico LS bidimensional extraído do SRTM/MDE e os demais parâmetros obtidos da literatura ou por formulações específicas. O transporte de sedimentos nos rios é realizado utilizando uma equação de advecção para partículas de silte e argila (materiais em suspensão) e uma equação da continuidade para partículas de areia (carga de fundo). Uma troca lateral de sedimentos em suspensão também é permitida entre os rios e suas planícies de inundação. As metodologias acopladas ao MGB forneceram resultados satisfatórios na bacia do rio Madeira, possibilitando uma visão distribuída da localização das principais fontes de geração de sedimentos na bacia e dos trechos de rios com maiores cargas de sedimentos transportadas. A dinâmica geral dos sedimentos, desde os principais locais de geração de sedimentos na bacia até a sazonalidade do transporte de sedimentos em suspensão nos principais rios, foi representada de forma distribuída. As concentrações e as cargas de sedimentos em suspensão simuladas foram comparadas com dados observados, nas escalas anual, mensal e diária, com ajustes satisfatórios entre elas ao longo dos principais rios da bacia. A transferência lateral de sedimentos entre rio e planície indicaram que 35% de toda a carga de sedimentos provenientes dos Andes é depositada nas planícies. Essa representação também permitiu o amortecimento dos picos e o retardo da propagação das concentrações. As concentrações e as cargas médias mensais de sedimentos em suspensão apresentaram comportamento semelhante aqueles descritos por outros estudos realizados neste bacia, os quais a avaliaram a partir de dados de campo. Apesar dos resultados satisfatórios, foi feita uma avaliação das potencialidades e limitações do modelo e fornecidas recomendações para trabalhos futuros. / It was developed a tool for modelling the production, transport and redistribution of sediments for large scales river basins, by integrating a simplified methodology to predict the spatial and temporal distribution of the soil loss over the basin with a methodology to transport sediments along river with floodplains, and couple them to the MGB-IPH hydrological distributed model. The MGB-IPH is a large-scale, distributed and process based hydrological model that uses a catchment based discretization and the Hydrological Response Units (HRU) approach. It uses physical based equations to simulate the hydrological processes, such as the Penman Monteith model for evapotranspiration, and uses the Muskingum Cunge approach and a full 1D hydrodynamic model for river routing; including backwater effects and seasonal flooding. The integration considers possible applications of the model in basins with data scarcity and the use of geographic information systems and spatially distributed information. It aimed to represent the sediments dynamics of large basin using the Madeira river basin as a case study, which is a large basin (~1,4.106 km2) with high amount of sediment transportation. The MUSLE model is used to predicts basin sediment production et each catchment considering a bi-dimensional topographic LS factor extract from SRTM/DEM and values of the other parameters derived from literature or specific equations. Sediment transport along the river are performed using an advection equation for silt and clay (suspended materials) and a sediment continuity equation for sand (bed load). A lateral exchange of suspended sediments is also allowed between rivers and its floodplains. The methodologies coupled with the MGB-IPH model provided satisfactory results in the Madeira river basin, allowing a distributed view of sediment production sites over the basin and of the rivers reaches transporting large amount of sediments. General sediment dynamic was represented in a spatialized way, including the main sources of sediment productions and the suspended sediment transport seasonality. Concentrations and loads of simulated suspended sediment were compared with observed data at annual, monthly and daily scales, shown satisfactory adjustments between them along the main rivers of the basin. Lateral exchanges of suspended sediment between rivers and floodplains indicated that near 35% of all Andeans loads are deposited into floodplains. This representation also allowed the damping of the peaks and the routing delay of the concentrations and of the loads of suspended sediments. Mean monthly concentrations and loads of suspended sediments showed similar behaviors of those described by other researches at this basin using observed data. Despite the satisfactory results, an assessment was made of the potential and limitations of the model and provided recommendations for future work.

O crescimento urbano desordenado em áreas periféricas sem o devido acompanhamento de uma infra-estrutura urbana adequada tem causado um forte impacto negativo na qualidade do ambiente, em especial nos recursos hídricos. A supressão do ambiente ciliar, o aumento da impermeabilização do solo e o lançamento de efluentes domésticos diretamente nos corpos d’água são os principais fatores que contribuem para a degradação de ambientes aquáticos. Outro fator que também tem acompanhado o crescimento urbano desordenado é o aumento da produção de sedimentos, que em conjunto com os contaminantes gerados em um ambiente urbano (metais pesados, inseticidas, herbicidas, etc), estão transformando áreas residenciais que poderiam ser consideradas livres de vários tipos de poluentes em importantes fontes de poluição difusa. O presente trabalho tem o objetivo de verificar a presença de alguns poluentes inorgânicos em uma bacia urbana residencial e não-industrial, identificar sua origem e seu potencial poluidor. A bacia urbana possui uma área aproximada de 0,83 km² e está localizada na região metropolitana de Porto Alegre-RS. Realizou-se a coleta de amostras de sedimentos fluviais em suspensão no exutório da área de estudo durante os anos de 2003, 2004, 2005 e 2006. Com base nestas amostras, identificou-se as fontes de sedimentos em suspensão através do método de “Fingerprinting”, onde se constatou que o suprimento de sedimentos pelas diferentes fontes de contribuição (ruas pavimentadas, ruas de terra e calha fluvial) apresentaram uma variação entre os eventos e intra-eventos, evidenciando a complexidade do sistema de suprimentos de sedimentos para a calha fluvial. Os resultados das análises de digestão ácida total para obtenção das concentrações totais de metais e arsênio sorvidas nos sedimentos fluviais em suspensão mostraram que estes estão sendo condicionados a um processo de enriquecimento devido à presença de contaminantes no ambiente. Os resultados das análises de extração seqüencial para o Ni e Zn mostraram características diferentes quanto às suas afinidades para com os compartimentos geoquímicos dos sedimentos. Quanto à mobilidade destes metais, o zinco, ao contrário do níquel, apresentou-se como um contaminante com elevado potencial a ser liberado para o ambiente caso ocorram alterações no pH e/ou Eh. / In the absence of sound environmental policies and adequate urban infrastructure, disordered urban growth in major metropolitan areas has caused a huge negative impact on environmental quality-especially water resources. Removal of creekside vegetation, increased paved area, and emission of untreated domestic sewage directly into waterways are the main factors that contribute to the degradation of aquatic environments. With disordered urban growth, there is an increase in sediment yield that, when combined with the pollution present in urban environments (heavy metals, insecticide, etc.), turns relatively pollution-free residential areas into important sources of non-point-source pollution. This study aims to verify the presence of some inorganic pollutants in a residential urban watershed, to identify their origin, and their potential to pollute the aquatic ecosystem. The study watershed is an area of approximately 0.83 km², located in the metropolitan area of Porto Alegre, a major city in southern Brazil. Suspended sediment samples were collected in the watershed outlet from 2003 to 2006. Based on these samples, sediment sources were identified using trace chemical fingerprinting. It was found that sediment sources presented variability between rainfall events and within events. Total acid digestion analyses were performed to obtain the total concentrations of heavy metals and arsenic, demonstrating an enrichment process due to the presence of pollutants in the environment. Sequential extraction analyses showed different affinity characteristics for Ni and Zn in relation to the geochemical compartments of the sediment. As for the mobility of the two metals, zinc, but not nickel, appears to have a high potential to be released in the environment in case of pH and/or Eh alterations.

Orientador : Evaldo Miranda Coiado / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Civil / Made available in DSpace on 2018-07-29T04:13:07Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Nascimento_AnaPaulado_M.pdf: 11427794 bytes, checksum: 339e135a22b44b46b500bf87fef1c37b (MD5) Previous issue date: 2001 / Resumo: Esta dissertação apresenta os resultados de uma investigação experimental visando estimar a carga de lavagem transportada numa seção do Rio Atibaia, SP. O período de coleta para análises iniciaram-se em março de 1993 a abril de 2000, tot31i7ando 171 campanhas de medições da descarga total transportada pelo Rio Atibaia calculando-se assim os parâmetros necessários para aplicação das equações e métodos de cálculo de descarga total de fundo. Determinou-se a carga de lavagem subtraindo, da descarga total medida a descarga total de fundo calculada com as equações e métodos de Laursen (1958), Bishop e outros (1965), Shen e Hung (1971), Yang (1973), Ackers e White (1972-1973), Toffaleti (1968-1969) e Van Rijn (1989). Os resultados forneceram as seguintes conclusões: a) aplicando-se as sete equações ou métodos, obteve-se o valor médio da carga de lavagem representada por 83,60 % da descarga total medida transportada pelo Rio Atibaia; b) os diâmetros médios dos sedimentos transportados em suspensão, referentes às 171 campanhas são inferiores ao limite superior de 0,0625 mm estabelecido para a carga de lavagem / Abstract: In this paper presents a experimental research to compute the wash 1000 discharge transported by a river. The total discharge was measured at a section o the Atibaia river, in São Paulo State, in Brazil. The research was carried out from march/1993 to april/2000. The total bed load discharge was computed using the following equations or methods: Equations or Methods of Laursen (1958), Bishop,Simons e Richardson (1965), Shen e Hung (1971), Yang (1973), Ackers e White (1972-1973), Toffaleti (1968-1969), Van Rijn (1984). The wash load discharge was considered the difference between the total discharge measured and the total bed 10ad computed. It was showed that the wash load presents weak relation with the dimensionless shear stress; all average values of the sediment diameter transported in suspension are lower than 0,0625mm; using equations and methods showed above, the average wash load is equal a 83,60% the total discharge transportade by the Atibaia river in the section considered. / Mestrado / Recursos Hidricos / Mestre em Engenharia Civil

Ingeniero Civil / El equilibrio del transporte de sedimento de un río de grava puede ser afectado, por ejemplo, por la construcción de una presa que modifica la condición natural del flujo, permitiendo la acumulación de sedimento fino en torno al muro. Procesos asociados a extender la vida útil de un embalse, como descargas de sedimento fino a través de compuertas en una operación controlada, pueden contaminar el lecho de grava aguas abajo incorporándose en sus intersticios, alcanzando diferente distribución y cantidad de sedimentos en su interior. Esto puede generar impactos ecológicos, interfiriendo el intercambio de agua y sustancias disueltas entre la columna de agua y los poros del lecho, modificando el estado natural del mismo. El objetivo de este estudio experimental es permitir una mejor compresión del transporte de sedimento fino, entorno a un lecho de grava. Eso es importante debido a que forma parte de un proyecto de investigación Fondecyt, que permitirá asistir y evaluar el impacto de sedimento fino aguas abajo de una presa o derrames mineros que pueden afectar severamente la sustentabilidad del medio ambiente. Con el objetivo de estudiar el problema se desarrollan experimentos en el laboratorio de Hidráulica Francisco J. Domínguez, ubicado en el Departamento de Ingeniería Civil de la Universidad de Chile, en un sistema cerrado de tuberías, o loop , por el cual escurre una muestra sólido-líquida sobre un lecho de grava móvil dispuesto en su interior. El tamaño de la grava y el sedimento fino incorporado corresponde a D_50Grava=1 cm y D_50Arena=120 µm. La generación de registros de la distribución y concentración del sedimento y su velocidad se realiza mediante un tomógrafo resistivo y la técnica Particle Image Velocimetry (PIV). Se registra la interfaz de la arena-grava y se realizan curvas granulométricas del sedimento depositado. Como resultado, el ajuste propuesto para la predicción del gasto sólido de fondo presenta la misma tendencia que las curvas de gasto sólido clásicas. El gasto experimental, de acuerdo a ellas, es sobrestimado y se acopla de manera satisfactoria con los estudios realizados por Kuhnle et al. (2013) y Niño et al. (2017). El uso del tomografo resistivo como sistema de medicion de concentraciónes resulto ser satisfactorio para la cuantificación del gasto sólido de fondo. De las mediciones de velocidad se desprende que la intensidad de la turbulencia se ajusta a las predicciones realizadas por otros autores como Niño (2017), Nezu y Nakagawa (1993) y Kironoto y Graf (1994). / Esta memoria cuenta con el financiamiento del Proyecto Fondecyt 1140767

Esta tesis se realizó en el marco de las investigaciones realizadas por el equipo mixto de investigaciones paleoceanográficas MIXPALEO cuyo objetivo es la reconstrucción del sistema de surgencias marinas frente a las costas peruanas durante el Holoceno, a partir de la aplicación de proxis paleoceanográficos. Los estudios iniciales de registros sedimentarios marinos mostraron la composición detrítica y biogénica de las zonas de la plataforma continental interna y externa frente Pisco y Callao a partir de dos testigos colectados a profundidades entre 200 y 299 mbnm permitiendo conocer los procesos biogeoquímicos de fondo a partir de un análisis multiproxies. Para la comprensión de los procesos geodinámicos se debe conocer, en este caso, el origen de la composición detrítica de los testigos y; en este sentido es necesario conocer y comprender los procesos de transferencia de sedimentos del continente al océano y que variables producen y controlan la sedimentación. En este contexto desarrollamos la investigación, tema de la presente tesis que nos permite tener una idea más clara acerca de la dinámica eólica en la costa peruana septentrional; de la composición y textura de los sedimentos transportados y su relación con las variables climáticas, abriendo de esta manera una nueva línea de investigación en el Perú, la de sedimentos eólicos. Los resultados de la presente investigación son una herramienta para la calibración e interpretación de los registros marinos frente a Pisco y Callao. Como área de estudio se eligió Paracas, zona costera, afectada durante la mayor parte del año por un intenso transporte eólico de dirección SE. Aquí se instaló la primera Estación Eólica Experimental con trampas eólicas, en el Perú, a fin de colectar sedimento y captar las variables meteorológicas de intensidad, dirección de vientos y presión atmosférica relacionada a su transporte. El análisis de las partículas entrampadas y transportadas por saltación y suspensión son la base de mi investigación y objetivo de mi tesis. De los resultados obtenidos, la cantidad de material sedimentario transportado nos da una idea de la dinámica de los vientos en esta zona y la naturaleza del material movilizado hacia la plataforma continental frente a Pisco. La granulometría de los testigos submarinos en una medida de 60 a 100 micras evidencia el aporte de sedimentos eólicos hacia el mar.; ya que este es el tamaño promedio de las fracciones que son susceptibles de ser movilizadas por el viento Resultados similares ya se tienen en Chile, investigaciones realizadas en la Península de Mejillones, permitió la reconstrucción paleoambiental de las ocurrencias del Niño oscilación sur (ENSO) a escala secular.