O constante aumento da população tem gerado intensa ocupação das áreas costeiras em todo mundo. A exploração dos recursos naturais de forma não sustentável proporciona um desequilíbrio que dependendo das proporções pode gerar graves prejuízos ambientais e financeiros. Diante deste cenário exploratório a pesquisa dos ambientes costeiros aparece como uma maneira de entender, planejar e desenvolver estas regiões de forma mais equilibrada. O estudo sobre hidrodinâmica costeira e transporte de sedimentos tem sido aplicado com o objetivo de gerar conhecimento e desse modo auxiliar as tomadas de decisões. A dinâmica dos ambientes costeiros é complexa e o seu entendimento aborda uma serie de variáveis as quais podem afetar as regiões costeiras de formas diferentes. A área estudada nesta tese, a baia de Tijucas, é particularmente caracterizada por apresentar alta concentração de sedimentos finos, seu comportamento proporcionou ao longo do tempo o aprisionamento de grande quantidade de sedimentos formando um ambiente muito diferente das áreas em torno da baia. O papel da baia na retenção e no transporte sedimento finos para plataforma adjacente torna-se o alvo desta pesquisas que por meio de dados de campo e modelos numéricos procuram entender os efeitos das forçantes ambientais sobre a baia. A dinâmica da baia esta diretamente relacionada a intensidade dos ventos, altura das ondas e volume da descarga fluvial, neste contexto é relevante a relação com os eventos climáticos de alta transferência de energia como a passagem de frentes frias pelo estado de Santa Catarina. O presente estudo é compreendido por três artigos; o primeiro artigo busca avaliar por meio de simulação numérica o efeito dos ventos modais e descarga fluvial anual média do rio Tijucas na hidrodinâmica da baia, a troca de água entre baia e plataforma adjacente assim como o tempo de residência da água em cenários com ventos nordeste (condição típica) e ventos sudeste (condição de frente fria), o segundo artigo avalia por meio de simulação numérica e dados de campo o comportamento da pluma de sedimentos do Rio Tijucas em cenários de alta concentração e descarga de sedimentos sob condições de ventos nordeste e sudeste, já o terceiro artigo avalia através da simulação numérica de modelos acoplados o efeito das ondas no cisalhamento do fundo, na erosão, ressuspensão e deposição de sedimentos em cenários de ventos nordeste e sudeste. A baia de Tijucas apresenta um padrão de aguas calmas a maior parte do tempo, a energia envolvida na sua dinâmica esta diretamente relacionada a intensidade das forçantes e condições climáticas. Em eventos de passagem de frente frias por esta região a tendência é que haja maior descarga fluvial, ventos mais fortes e ondas mais altas, nestes períodos estas forçantes são capazes de afetar significativamente a hidrodinâmica da baia adicionando, ressuspendendo e transportando sedimento em maiores intensidades o que consequentemente proporciona maior troca de água entre baia e plataforma, estes períodos são marcados pela maior energia hidrodinâmica e transporte de sedimento baia afora. No entanto o balanço final do comportamento da baia evidencia um cenário geral de baixa troca com a plataforma adjacente. / The constant increase of population has generated intense occupation of coastal areas worldwide. The unsustainably exploitation of natural resources provides an unbalance that depending on the proportions can lead to serious environmental damage and financial. Given this exploratory scenario the research of coastal environments appears as a way to understand, plan and develop these areas more balanced. The study on coastal hydrodynamics and sediment transport have been implemented with the objective of generating knowledge and thereby assist decision. The dynamics of coastal environments is complex and its understanding addresses a series of variables which can affect coastal regions in different ways. The area studied in this thesis, the Tijucas bay, is particularly characterized by high concentration of fine sediments, their behavior provided over time trapping large amounts of sediments forming a very different environment of the areas around the bay. The role of the bay on retention and fine sediment transport to the adjacent platform becomes the target of this research that through field data and numerical models seek to understand the effects of environmental forces on the bay. The dynamics of the bay is directly related to the intensity of the winds, wave heights and volume of river discharge, in this context is relevant with respect to the climatic events of high energy transfer as the passage of cold fronts by the state of Santa Catarina. This study is comprised of three articles, the first article seeks to evaluate through numerical simulation the effect of modal winds and average annual river discharge of the river Tijucas on the bay hydrodynamics, the water exchange between bay and adjacent platform as well as time residence of water in scenarios with northeast winds (typical condition) and southeast winds (cold front condition), the second article evaluates through numerical simulation and field data the behavior of sediment plume River Tijucas in scenarios of high concentration and sediment discharge under conditions of winds northeast and southeast, already the third article evaluates through the numerical simulation of coupled models the effect of shear waves at the bottom of the bay, in erosion, in sediment deposition and resuspension on scenarios with northeast and southeast winds. The bay Tijucas shows a pattern of calm waters most of the time, energy involved in its dynamics is directly related to the intensity of the forces and climate conditions. In the event of cold front passage through this region the trend is that there is greater river discharge, strongest winds and highest waves, these periods these forces are able to significantly affect the hydrodynamics of the bay adding, resuspending and transporting sediment into the higher intensities which consequently provides greater water exchange between bay and adjacent shelf, these periods are marked by higher energy hydrodynamics and sediment transport bay outside. However the final balance of the behavior of the bay shows a general scenario of low exchange with the adjacent platform.

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, Programa de Pós-Graduação em Geociências Aplicadas, 2013. / Submitted by Alaíde Gonçalves dos Santos (alaide@unb.br) on 2013-06-13T14:14:28Z No. of bitstreams: 1 2013_CarlosEduardoToniazzoPinto.pdf: 7953657 bytes, checksum: 0bc87a2e2229955ce5768b5730de279f (MD5) / Approved for entry into archive by Guimaraes Jacqueline(jacqueline.guimaraes@bce.unb.br) on 2013-06-13T15:03:26Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2013_CarlosEduardoToniazzoPinto.pdf: 7953657 bytes, checksum: 0bc87a2e2229955ce5768b5730de279f (MD5) / Made available in DSpace on 2013-06-13T15:03:26Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2013_CarlosEduardoToniazzoPinto.pdf: 7953657 bytes, checksum: 0bc87a2e2229955ce5768b5730de279f (MD5) / O conhecimento do comportamento hidrológico de uma bacia hidrográfica e fundamental para uma gestão adequada dos seus recursos hídricos, bem como para o suporte das decisões relativas ao desenvolvimento de atividades antrópicas e ao acompanhamento de impactos como assoreamento, poluição e eutrofização. Estudos de monitoramento e gerenciamento dos recursos hídricos ainda passam por muitas dificuldades, a dimensão das regiões de estudo, que muitas vezes determinada pela extensão das bacias hidrográficas, eleva os custos dos estudos e impossibilita analises espaciais periódicas. As técnicas convencionais utilizadas para o monitoramento das águas não podem acompanhar a crescente demanda de controle da qualidade das águas, sendo necessário criar soluções alternativas. Atendendo a essa necessidade, destacam-se os sensores remotos que permitem levantar dados e monitorar alvos em um curto espaço de tempo. Assim, esse trabalho foi focado em monitorar o fluxo de entrada de sedimentos no braço do rio Indaiá no reservatório de Três Marias-MG, com base em dados das imagens de satélites e medições em campo. Foram usadas series temporais de 12 anos das imagens MODIS (Terra e Aqua), compostas a cada 8 dias. Estimativas de reflectância da superfície da água foram calculadas usando o algoritmo MOD3R, e técnicas de radiometria e coletas de sedimentos em suspensão in situ foram usadas para calibrar as respostas das imagens de satélites e simular bandas espectrais. Dados hidrossedimentométricos da estação de monitoramento do rio Indaiá foram integrados nas analises para entender a relação entre as respostas das imagens de satélites e as medições de campo. As medições da reflectância feitas por radiometria in situ ao longo do braço do rio Indaiá detectaram uma variação nas curvas de reflectância espectral, que foi relacionada com o conteúdo de sedimentos em suspensão presentes na água. A análise da série temporal de imagens MODIS mostrou boa relação com as medições hidrossedimentométrica realizadas pela CEMIG no rio Indaiá, mas variações na hidrologia do reservatório comprometeram as analises nos períodos de seca (entre os anos de 2000 e 2002). A boa correlação entre as campanhas de amostragem de sedimentos em suspensão e as bandas MODIS simuladas, possibilitam obter estimativas de concentrações de sedimentos usando dados de reflectância da série temporal das imagens MODIS. As concentrações de sedimentos gerados a partir de dados de reflectância do MODIS permitem compreender o padrão da entrada do fluxo de sedimentos ao longo do braço do rio Indaiá. Os resultados demonstram o grande potencial das imagens de satélite em monitorar a concentração de sedimentos e a deposição em diferentes regiões no braço do rio Indaiá. ______________________________________________________________________________________ ABSTRACT / Knowledge of the hydrology of a watershed is essential to the management of its water resources, as well as to support decisions regarding the development of human activities and monitoring of impacts such as sedimentation, pollution and eutrophication. Studies about monitoring and management of water resources still go through many difficulties: the size of the study areas, often determined by the extent of watersheds, raises the costs of studies and prevents the periodic spatial analysis. Conventional techniques used for water monitoring cannot keep up with the growing demand for control of water quality, so it's necessary to create alternative solutions. Due to this need, we highlight the remote sensors that allow collecting data and monitoring of targets that are on the surface in a short time. Thus, this work aimed at monitoring the sediment inflow in a stretch of the Indaiá river, located in the Tres Marias reservoir-MG, based on data from satellite images and field measurements. A 12-year time series of MODIS images (Terra and Aqua) 8-day composites was used in this study. Estimates of the water surface reflectance were calculated using the MOD3R algorithm. Field radiometry and water sampling were used to calibrate the responses of satellite images to suspended sediment concentration. Suspended sediment time series from the CEMIG monitoring station of Indaiá river were integrated in the analyzes to understand the relationship between the responses of satellite images and field measurements. The reflectance measurements, assessed by the field radiometry along the stretch of the Indaiá river, made possible to detect a variation related to the content of sediment suspended in the water. The analysis of time series of MODIS images showed good relationship with the measurement data of sediment in water, but variations in the hydrology of reservoir (i.e. dramatic dry periods) hampered the analyzes undertaken during dry periods between the years 2000 and 2002. The good correlation between the sampling campaigns suspended sediment and simulated MODIS bands, allowed to calculate suspended sediment concentrations using MODIS reflectance time series. The concentrations of suspended sediment assessed from MODIS reflectance data makes possible to understand the pattern of incoming flows of sediments along the stretch of Indaiá river. The results demonstrate the great potential of satellite imagery to monitor the sediment concentration and deposition pattern within a reservoir.

O adequado projeto de obras fluviais requer o conhecimento das condições sob as quais um curso d\'água natural atinge seu estado de equilíbrio. Para que este estado de equilíbrio seja determinado analiticamente é necessário utilizar um número de equações compatível com a quantidade de incógnitas do sistema, denominadas de graus de liberdade. Em um curso d\'água escoando sobre leito aluvionar não coesivo é possível admitir até quatro graus de liberdade, que são: a largura, a profundidade, a declividade e o traçado em planta do canal. Neste trabalho são apresentados alguns métodos que permitem avaliar as condições de estabilidade de um canal através do uso de relações puramente empíricas, ou através da aplicação de equações derivadas dos princípios físicos que regem a Hidráulica Fluvial, sendo possível ainda combinar o uso das duas abordagens no mesmo método. / The properly design of river improvements depends on the knowledge of the conditions under which a natural river becomes stable. This state of equilibrium is determined analytically if the number of equations is enough to describe the unknown system factors, called degrees of freedom. In an alluvial stream, it\'s possible to consider four degrees of freedom, they are: width, depth, channel slope and the variations in plan-form stream. This text presents some methods to evaluate the stability condition of a channel using empirical relationships, equations based on theoretical principles of Fluvial Hydraulics or both of these approaches in the same method.

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 adequado aproveitamento dos recursos hídricos está relacionado ao conhecimento dos regimes dos rios e suas sazonalidades, dos regimes pluviométricos e de uma série de informações do ciclo hidrológico, em diversas partes das bacias hidrográficas. A quantidade de material em suspensão transportado pelas águas dos rios é de grande importância, pois afeta diretamente as atividades antrópicas. Ainda é pequeno o número de estudos e monitoramentos locais e regionais consistentes sobre a concentração de sedimentos transportados pelos rios. No Brasil, as medições de vazão sólida em rios são muito escassas, provavelmente, devido aos custos elevados e dificuldades operacionais relativas às metodologias existentes. A busca por um método aceitável para coleta de dados de sedimentos que associe baixo custo, facilidade de operação e disponibilidade no mercado e, ao mesmo tempo, produza dados confiáveis e com uma resolução espacial e temporal, representa um vasto campo de estudo. Desta forma, o principal objetivo deste estudo é verificar a aplicabilidade da utilização de um equipamento acústico por Efeito Doppler para a quantificação dos sedimentos transportados em suspensão em um rio. As estimativas da concentração de sedimentos em suspensão foram realizadas através da aplicação de métodos empíricos para conversão do sinal acústico do equipamento em perfis de concentração de sedimentos em suspensão. Foram utilizados três métodos propostos por Deines (1999), Mayerle e Poerbandono (2002) e Gartner (2002), e ainda, a comparação direta entre o sinal acústico emitido pelo equipamento e a concentração medida em laboratório. De forma geral, os métodos que utilizaram relações de regressão entre os dados obtiveram os melhores resultados. O método que melhor estimou os valores de concentração de sedimentos em suspensão foi o de Gartner, enquanto que o método que obteve pior desempenho foi o método de Deines. Este estudo ressalta a necessidade de um melhor entendimento das relações entre dados hidro-acústicos e informações dos sedimentos transportados pelos rios, a fim de aprimorar seu uso em projetos e pesquisas na área de hidrologia. / The appropriate use of hydrous resources is linked to the knowledge about the rivers’ regimes and its seasonality, the pluvial regimes and information about the hydrological cycle in several parts of the hydrographic basins. The amount of suspended material carried by the rivers is very important since it directly affects the human activities. There are still very few studies that focus on monitoring concentration of sediments carried by the rivers in a local or regional level in a consistent way. In Brazil, the measurements of the solid flow in rivers are very rare due to the high costs and operational difficulties associated with the existing methodologies. There is a wide field of study that aims to find an acceptable method for sediments data collection, which just not associates low cost with simple operational tasks and commercial availability, but also produces reliable data with a good spatial and temporal resolution. Thus, the main objective of this study is to verify it it is suitable to use the acoustic equipment for Doppler Effect for the quantification of sediments carried by suspension in a river. The estimates of the concentration of suspension sediments were done using empirical methods for converting the equipment’s acoustic signals into suspension sediments concentration profiles. Three previous proposed methods were used in this study, Deines (1999), Mayerle and Poerbandono (2002) and Gartner (2002). The study also used direct comparisons between the acoustic signal emitted by the equipment and the concentration measured in laboratory. In general, methods with regression relations between the data presented better results. Gartner method resulted in the best estimation of the concentration of suspension sediments values. On the other hand, Deines method had the worst performance. This study points out the need of a better understanding of the relations between hydro-acoustic data and the information of sediments carried by rivers in order to improve its use in projects and research in the hydrology area.

A proposta deste trabalho consiste na aplicação de dados de concentração de sedimentos em suspensão, na zona de arrebentação das ondas, para quantificar o transporte longitudinal que ocorre no Litoral Norte do Estado do Rio Grande do Sul – Brasil. Os dados de suspensão foram coletados a partir de uma estrutura construída perpendicularmente à linha de praia (Plataforma de Pesca de Tramandaí). As amostragens foram feitas, de modo a cobrir a zona de arrebentação, para diferentes distâncias do fundo. Verificou-se ao longo do trabalho, que o valor médio da concentração de sedimentos em suspensão (C) em quilogramas massa por metro linear de praia, apresentou como propriedade principal, uma forte proporcionalidade com a área da seção (S), ao longo do perfil, (C(kg;m) = 3,10-4 S2 + 0,1173 S). Utilizando esta particularidade, foi proposto um modelo utilizando as equações do perfil de equilíbrio de Dean (1977) para gerar o perfil de fundo. O limite deste foi obtido pela profundidade do ponto de arrebentação, determinada através da metodologia proposta por Herbich (2000). A área foi obtida por integração da equação de Dean, entre a linha de praia e o limite da zona de arrebentação. Através da propriedade citada acima, obteve-se a concentração total de sedimento entre a linha de praia e a arrebentação. O fluxo de sedimento foi obtido pelo produto da concentração total pela velocidade de corrente obtida pela aplicação da equação de Longuet-Higgins (1970). Os dados de ondas utilizados foram obtidos a partir de previsões fornecidas pela NOAA (National Oceanic Atmospheric Administration), para o ano de 2009. Observou-se ainda, que a direção do transporte resultante foi de SW para NW, em acordo com observações geológicas. O valor encontrado foi 314.799,10 m3/ano. / The purpose of this work is the application of data of suspended sediment concentration in the breaking zone waves, to quantify the longitudinal transport that occurs on the northern coast of Rio Grande do Sul - Brazil. The data of suspended sediment were collected from a structure built perpendicular to the beach line (Fishing Platform Tramandaí). The samples were taken so as to cover the breaking zone for different distances from the bottom. It was found during the study, the mean value of the suspended sediment concentration (C) in kg weight per linear meter of sand, presented as a main property, a strong proportionality to the sectional area (S) along the profile (C (kg/m) = 3.10-4 S2 + 0,1173S). Utilizing this characteristic, we propose a model using Dean’s (1977) equations of equilibrium profile, to generate the bottom profile. The limit of this was obtained by the depth of the point of breaking, determined using the methodology proposed by Herbich (2000). The area was obtained by integrating the equation Dean between the beach line and the limit of the breaking zone. Through the property mentioned above, there was obtained a total concentration of sediment between the beach line and breaking zone. The flux of sediment was obtained by the product of total concentration and the velocity of flux obtained by applying the equation Longuets-Higgins (1970). The wave data used were obtained from forecasts provided by NOAA (National Oceanic Atmospheric Administration) for the year 2009. It was also observed that the direction of transport resulting from SW to NW, in agreement with geological observations. The value found was 314799,10 m3/year.

O constante aumento da população tem gerado intensa ocupação das áreas costeiras em todo mundo. A exploração dos recursos naturais de forma não sustentável proporciona um desequilíbrio que dependendo das proporções pode gerar graves prejuízos ambientais e financeiros. Diante deste cenário exploratório a pesquisa dos ambientes costeiros aparece como uma maneira de entender, planejar e desenvolver estas regiões de forma mais equilibrada. O estudo sobre hidrodinâmica costeira e transporte de sedimentos tem sido aplicado com o objetivo de gerar conhecimento e desse modo auxiliar as tomadas de decisões. A dinâmica dos ambientes costeiros é complexa e o seu entendimento aborda uma serie de variáveis as quais podem afetar as regiões costeiras de formas diferentes. A área estudada nesta tese, a baia de Tijucas, é particularmente caracterizada por apresentar alta concentração de sedimentos finos, seu comportamento proporcionou ao longo do tempo o aprisionamento de grande quantidade de sedimentos formando um ambiente muito diferente das áreas em torno da baia. O papel da baia na retenção e no transporte sedimento finos para plataforma adjacente torna-se o alvo desta pesquisas que por meio de dados de campo e modelos numéricos procuram entender os efeitos das forçantes ambientais sobre a baia. A dinâmica da baia esta diretamente relacionada a intensidade dos ventos, altura das ondas e volume da descarga fluvial, neste contexto é relevante a relação com os eventos climáticos de alta transferência de energia como a passagem de frentes frias pelo estado de Santa Catarina. O presente estudo é compreendido por três artigos; o primeiro artigo busca avaliar por meio de simulação numérica o efeito dos ventos modais e descarga fluvial anual média do rio Tijucas na hidrodinâmica da baia, a troca de água entre baia e plataforma adjacente assim como o tempo de residência da água em cenários com ventos nordeste (condição típica) e ventos sudeste (condição de frente fria), o segundo artigo avalia por meio de simulação numérica e dados de campo o comportamento da pluma de sedimentos do Rio Tijucas em cenários de alta concentração e descarga de sedimentos sob condições de ventos nordeste e sudeste, já o terceiro artigo avalia através da simulação numérica de modelos acoplados o efeito das ondas no cisalhamento do fundo, na erosão, ressuspensão e deposição de sedimentos em cenários de ventos nordeste e sudeste. A baia de Tijucas apresenta um padrão de aguas calmas a maior parte do tempo, a energia envolvida na sua dinâmica esta diretamente relacionada a intensidade das forçantes e condições climáticas. Em eventos de passagem de frente frias por esta região a tendência é que haja maior descarga fluvial, ventos mais fortes e ondas mais altas, nestes períodos estas forçantes são capazes de afetar significativamente a hidrodinâmica da baia adicionando, ressuspendendo e transportando sedimento em maiores intensidades o que consequentemente proporciona maior troca de água entre baia e plataforma, estes períodos são marcados pela maior energia hidrodinâmica e transporte de sedimento baia afora. No entanto o balanço final do comportamento da baia evidencia um cenário geral de baixa troca com a plataforma adjacente. / The constant increase of population has generated intense occupation of coastal areas worldwide. The unsustainably exploitation of natural resources provides an unbalance that depending on the proportions can lead to serious environmental damage and financial. Given this exploratory scenario the research of coastal environments appears as a way to understand, plan and develop these areas more balanced. The study on coastal hydrodynamics and sediment transport have been implemented with the objective of generating knowledge and thereby assist decision. The dynamics of coastal environments is complex and its understanding addresses a series of variables which can affect coastal regions in different ways. The area studied in this thesis, the Tijucas bay, is particularly characterized by high concentration of fine sediments, their behavior provided over time trapping large amounts of sediments forming a very different environment of the areas around the bay. The role of the bay on retention and fine sediment transport to the adjacent platform becomes the target of this research that through field data and numerical models seek to understand the effects of environmental forces on the bay. The dynamics of the bay is directly related to the intensity of the winds, wave heights and volume of river discharge, in this context is relevant with respect to the climatic events of high energy transfer as the passage of cold fronts by the state of Santa Catarina. This study is comprised of three articles, the first article seeks to evaluate through numerical simulation the effect of modal winds and average annual river discharge of the river Tijucas on the bay hydrodynamics, the water exchange between bay and adjacent platform as well as time residence of water in scenarios with northeast winds (typical condition) and southeast winds (cold front condition), the second article evaluates through numerical simulation and field data the behavior of sediment plume River Tijucas in scenarios of high concentration and sediment discharge under conditions of winds northeast and southeast, already the third article evaluates through the numerical simulation of coupled models the effect of shear waves at the bottom of the bay, in erosion, in sediment deposition and resuspension on scenarios with northeast and southeast winds. The bay Tijucas shows a pattern of calm waters most of the time, energy involved in its dynamics is directly related to the intensity of the forces and climate conditions. In the event of cold front passage through this region the trend is that there is greater river discharge, strongest winds and highest waves, these periods these forces are able to significantly affect the hydrodynamics of the bay adding, resuspending and transporting sediment into the higher intensities which consequently provides greater water exchange between bay and adjacent shelf, these periods are marked by higher energy hydrodynamics and sediment transport bay outside. However the final balance of the behavior of the bay shows a general scenario of low exchange with the adjacent platform.

A incorporação de novas tecnologias na pecuária, especialmente o confinamento de animais, proporcionou notável aumento da produtividade, otimizando o uso do solo. No entanto, esta técnica tem gerado um problema crucial à sustentabilidade da atividade: o manejo dos dejetos. Estes dejetos são normalmente lançados diretamente nos mananciais, distribuídos inadequadamente no solo, como fertilizante, ou ainda utilizados como complemento alimentar para peixes, bovinos, e até mesmo para suínos, contrariando Instruções Normativas do Ministério da Agricultura Pecuária e Abastecimento (MAPA) Nos. 07/04, 08/04 e 18/04, proibitivas em relação ao assunto. Quando os dejetos de animais são utilizados como fertilizantes em solos com elevado potencial à erosão, o volume de poluentes carreados e disponibilizados aos mananciais torna-se relevante, especialmente em relação aos nutrientes Nitrogênio (N) e Fósforo (P). De notável interesse, por ser um pólo econômico importante e de grande concentração de granjas de aves, o município de Descalvado, situado na parte central do Estado de São Paulo, é alvo deste tipo de poluição por apresentar solo com elevado potencial erosivo. Tendo como referência este problema ambiental, o estudo concentrou-se na quantificação da produção de sedimentos nas diversas áreas da microbacia do Rio Bonito, (Descalvado – SP), relacionando-as com a concentração e a distribuição local de granjas, o manejo dos dejetos e as práticas agrícolas de cada área. A partir dos resultados de simulação, com a utilização do modelo hidrossedimentológico AVSWAT em plataforma ARCVIEW 3.1, foi possível evidenciar regiões da microbacia que mantêm elevada taxa de fornecimento de nitrogênio (N) e fósforo (P) para os mananciais, provenientes dos dejetos animais, demonstrando-se coerentes com os dados de entrada de contaminação. Os resultados das simulações de erosão para os solos da microbacia do Rio Bonito também se demonstraram coerentes com a realidade brasileira, evidenciando ser o estudo de grande aplicabilidade e interesse para os gestores e tomadores de decisão da bacia hidrográfica. / The incorporation of new technologies on livestock, specially the confinement of animals, has brought considerable increase in the productivity, optimizing the use of the soil. However, this technique has been generating a crucial problem to the sustain of the activity: the management of dejects. These dejects are being commonly thrown directly into the water sources, improperly spread onto the soil, as fertilizer or, yet, used as alimentary complement for fish, bovines, and also to pigs, thwarting the Normative Instructions of Agriculture, Livestock and Supply Ministry (MAPA) Nos. 07/04, 08/04 e 18/04 MAPA. When the animal wastes are used as a fertilizer on the soil with high potential of erosion, an important charge of pollutants is then carried and made available to sources, especially in what concerns to Nitrogen (N) and Phosphorus (P). With an remarkable interest, because of being an important economic center and because it concentrates a great amount of chicken granges, the city of Descalvado, located in the center of the State of São Paulo (Brazil) has been a target to this type of pollution because of it’s soil feature that is high potentially erosive. By this environmental problem, the research concentrates itself in the quantification of the production of sediments in the several areas of Bonito’s river watershed (Descalvado – SP), relating them to the concentration and local distribution of the granges, the waste management and the agricultural practices of each areas. Starting from the simulation results, with the use of the mathematical model AVSWAT (Arc View Soil and Water Assessment Tool) in platform ARCVIEW 3.1, it was possible to evidence the critical areas in relation of pollution, mainly those ones that contributes with Phosphorous (P) and Nitrogen (N), provided by animal wastes. The results of erosion simulations for the soils of the Bonito’s river watershed were demonstrated coherent with the Brazilian reality, evidencing to be this research of great interest for the managers and decision makers of the watershed.

Made available in DSpace on 2014-06-12T22:56:56Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo1327_1.pdf: 8598459 bytes, checksum: ef2614a6c1c635bb32d0af287c83ccdf (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2008 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / As praias do Pina, Boa Viagem, Piedade e Candeias-PE, são área de alto valor imobiliário, densamente ocupada, que concentram atividades econômicas, industriais, de lazer e de turismo e que apresentam tanto trechos sob erosão, quanto trechos em equilíbrio. A compreensão dos processos físico-oceanográficos que controlam a disponibilidade e o transporte de sedimentos para a área em uma diversidade de cenários (presença ou não de recifes, obras de contenção, dunas, estuários) é necessária para orientar a gestão e a tomada de decisão para a proteção daquelas praias e constituíram ao mesmo tempo desafio e motivação da presente pesquisa. Os trabalhos enfocaram a obtenção de informações detalhadas sobre as características morfobatmétricas e sedimentológica da área, forçantes meteorológicos atuantes, regime das marés, clima de onda, padrão de distribuição de variáveis físico-oceanográficas e da circulação costeira e sua variabilidade espacial e sazonal, bem como suas implicações para o transporte de material na área. Enfocaram igualmente a utilização de modelos de previsão do perfil de equilíbrio e modelos de simulação da circulação costeira e do transporte de sedimentos visando testar sua validade e aplicabilidade e buscar determinar as condições e parâmetros que melhor o adequassem para aplicações na área. Os trabalhos foram conduzidos de julho/2005 a maio/2008 de modo a representarem os períodos de verão, inverno, e equinócios de primavera e outono, ao longo de dez perfis amostrais englobando uma faixa desde a linha de praia até a parte externa aos recifes (isóbata de 15m) e um total de quarenta estações amostrais. Os vários perfis foram estabelecidos em função da presença ou não de recifes, de obras de contenção e do estado de equilíbrio da praia. Cada estação foi amostrada durante um ciclo de maré de sizígia, considerando-se os quatro estágios de maré vazante, baixa-mar, enchente e preamar. Registros da intensidade e direção das correntes próximos à superfície, à meia-água e próximo ao fundo foram obtidos com uso de correntômetro Sensordata SD30 paralelamente à obtenção de perfis verticais da distribuição da salinidade, temperatura e do sinal de retroespalhamento ótico com emprego de CTD Seabird SBE19. Registros contínuos com 8 dias de duração das oscilações das marés e do clima de ondas próximo à costa para os períodos chuvoso e de ventos mais intensos foram obtidos em 2 pontos do sistema através da ancoragem de ondógrafo/marégrafo InterOcean S4. Modelos de perfil teórico de equilíbrio foram confrontados com os perfis batimétricos levantados, na determinação dos processos dissipativos ou reflectivos nos vários setores das praias e na avaliação dos possíveis processos sazonais de déficit ou ganho de sedimentos. Os dados levantados serviram também para aplicar e testar modelos de perfil de equilíbrio e forçar as simulação com do comportamento hidrodinâmico através do modelo SisBaHiA. Os anos de 2005-2007 apresentaram precipitação anual de 1963 a 2216 mm e uma marcada sazonalidade. Os ventos predominantes foram de sudeste, com maior incidência de ventos SSE e SE durante os meses mais chuvosos e de ventos mais intensos e maior incidência de ventos E e ESE a partir de finais de outubro. Na área de estudo, a plataforma continental é pouco extensa e apresenta relevo suave. Localmente, verifica-se a presença de uma linha de recife próxima à costa, ao longo do trecho entre os perfis P3 e P10, a cerca de 7m de profundidade, formando um canal próximo à costa. Nesta região, o declive é mais acentuado e um melhor ajuste do perfil de equilíbrio é obtido para um valor de parâmetro A de 0,87. Ao longo do perfil predomina a areia fina próxima à costa e a profundidade de fechamento do perfil de equilíbrio ocorre a uma profundidade de 5,1 a 5,2m. Déficit de sedimentos próximo à costa são mais acentuados nos trechos norte das praias estudadas, relativo ao trecho sul, com presença de depósitos arenosos, próximo a barra das Jangadas. Nos meses de julho e setembro a temperatura e a salinidade das águas apresentaram os menores valores, mas, maior variabilidade vertical e horizontal enquanto que nos meses de janeiro e março os valores de temperatura e salinidade foram mais elevados, mas com pouca variação vertical e horizontal. A capacidade de retroespalhamento ótico, OBS, aumentou com a profundidade, com os maiores valores no inverno e no equinócio de primavera. As marés na área são semidiurna (F=0,09) e apresentam altura média de 1,67 m, com alturas médias de sizígia de 2,07 m e alturas médias de quadratura de 0,97 m. O transporte líquido apresenta uma modulação sazonal em função dos ventos predominantes e descarga fluvial. Durante o período chuvoso e de ventos mais intensos, o transporte superficial é preferencialmente para norte e contra a costa, mas, costa-afora, próximo a Barra das Jangadas. Já durante o período de estiagem, o transporte preferencial é em direção ao sul à superfície e costa-a-fora próximo ao fundo. As maiores correntes foram medidas próximas à superfície, durante os períodos chuvosos e de equinócio de primavera, quando atingiram 0,7 m.s-1. No período de estiagem e de equinócio de outono as correntes medidas foram sempre inferiores a 0,3 m.s-1. As ondas de gravidade apresentam alturas e períodos significativos entre 0,4 e 0,6m e entre 6,3 e 6,8 segundos, respectivamente em Jaboatão e entre 0,7 e 1,0m e entre 5,9 e 6,0 segundos, respectivamente em Recife. As maiores ondulações (Hmax=1,57m) foram registradas no mês de agosto em Recife. O modelo SisBaHiA simulou com boa aproximação o padrão de circulação verificado na área