Prediction of contaminant transport in concrete subjected to short cyclical wetting and drying processes is integrally bound to prediction of the moisture flux. The concrete is unsaturated and the non-linear contaminant and moisture fluxes are not described by simple constant diffusion methods. This thesis presents, and partially justifies, a thermodynamic model for prediction of moisture movement in concrete, at all moisture contents commonly encountered. The wetting process is examined with Nuclear Magnetic Resonance (NMR) images during a simple absorption (sorptivity) experiment. Diffusivity functions are derived via a novel analytical approach and a universal diffusivity is suggested. Water sorption and desorption isotherms are measured on large concrete samples. van Genuchten’s retention function is successfully used to model the results. The unrelia-bility of the water sorption method at high moisture contents is illustrated by comparison with Mercury Intrusion Porosimetry (MIP). The BJH method is exploited to provide a methodology for estimating the water sorption isotherm from MIP. Mualem’s conductivity model is assessed with the water retention and NMR results. This thorough validation of the model yields a tortuosity parameter that is different to that commonly assumed. An analytical relationship between the sorptivity and the saturated permeability suggests the experimental the long-term unsaturated permeability overesti-mates the unsaturated conductivity function, and as such should be used judiciously when predicting unsaturated flow processes. Mualem’s conductivity model is further exploited to provide unsaturated air and vapour functions that are experimentally justified. The thermodynamic description of water movement and the hydraulic functions that are developed in the thesis are incorporated into T r inCet , a transient heat and mass trans-fer model based on the Finite Element Method (FEM). The complex coupled behaviour of air, liquid, vapour and temperature are well handled under a variety of common cyclical boundary conditions. The thesis presents all necessary experimental results required for validation of a com-plex, but easily described, model for moisture movement. It covers disparate ground to provide a powerful numerical model of unsaturated moisture movement in concrete under short-term cyclical processes.

Prediction of contaminant transport in concrete subjected to short cyclical wetting and drying processes is integrally bound to prediction of the moisture flux. The concrete is unsaturated and the non-linear contaminant and moisture fluxes are not described by simple constant diffusion methods. This thesis presents, and partially justifies, a thermodynamic model for prediction of moisture movement in concrete, at all moisture contents commonly encountered. The wetting process is examined with Nuclear Magnetic Resonance (NMR) images during a simple absorption (sorptivity) experiment. Diffusivity functions are derived via a novel analytical approach and a universal diffusivity is suggested. Water sorption and desorption isotherms are measured on large concrete samples. van Genuchten’s retention function is successfully used to model the results. The unrelia-bility of the water sorption method at high moisture contents is illustrated by comparison with Mercury Intrusion Porosimetry (MIP). The BJH method is exploited to provide a methodology for estimating the water sorption isotherm from MIP. Mualem’s conductivity model is assessed with the water retention and NMR results. This thorough validation of the model yields a tortuosity parameter that is different to that commonly assumed. An analytical relationship between the sorptivity and the saturated permeability suggests the experimental the long-term unsaturated permeability overesti-mates the unsaturated conductivity function, and as such should be used judiciously when predicting unsaturated flow processes. Mualem’s conductivity model is further exploited to provide unsaturated air and vapour functions that are experimentally justified. The thermodynamic description of water movement and the hydraulic functions that are developed in the thesis are incorporated into T r inCet , a transient heat and mass trans-fer model based on the Finite Element Method (FEM). The complex coupled behaviour of air, liquid, vapour and temperature are well handled under a variety of common cyclical boundary conditions. The thesis presents all necessary experimental results required for validation of a com-plex, but easily described, model for moisture movement. It covers disparate ground to provide a powerful numerical model of unsaturated moisture movement in concrete under short-term cyclical processes.

Prediction of contaminant transport in concrete subjected to short cyclical wetting and drying processes is integrally bound to prediction of the moisture flux. The concrete is unsaturated and the non-linear contaminant and moisture fluxes are not described by simple constant diffusion methods. This thesis presents, and partially justifies, a thermodynamic model for prediction of moisture movement in concrete, at all moisture contents commonly encountered. The wetting process is examined with Nuclear Magnetic Resonance (NMR) images during a simple absorption (sorptivity) experiment. Diffusivity functions are derived via a novel analytical approach and a universal diffusivity is suggested. Water sorption and desorption isotherms are measured on large concrete samples. van Genuchten’s retention function is successfully used to model the results. The unrelia-bility of the water sorption method at high moisture contents is illustrated by comparison with Mercury Intrusion Porosimetry (MIP). The BJH method is exploited to provide a methodology for estimating the water sorption isotherm from MIP. Mualem’s conductivity model is assessed with the water retention and NMR results. This thorough validation of the model yields a tortuosity parameter that is different to that commonly assumed. An analytical relationship between the sorptivity and the saturated permeability suggests the experimental the long-term unsaturated permeability overesti-mates the unsaturated conductivity function, and as such should be used judiciously when predicting unsaturated flow processes. Mualem’s conductivity model is further exploited to provide unsaturated air and vapour functions that are experimentally justified. The thermodynamic description of water movement and the hydraulic functions that are developed in the thesis are incorporated into T r inCet , a transient heat and mass trans-fer model based on the Finite Element Method (FEM). The complex coupled behaviour of air, liquid, vapour and temperature are well handled under a variety of common cyclical boundary conditions. The thesis presents all necessary experimental results required for validation of a com-plex, but easily described, model for moisture movement. It covers disparate ground to provide a powerful numerical model of unsaturated moisture movement in concrete under short-term cyclical processes.

The superior limit of water retention in soil, also known as field capacity, still is motive of discussion and research inside the academic community. This happens because the variability of soils determines the alternation of results obtained by all methods that were performed. The need of accuracy, quickness of results, and test cost are the factors that point which method should be used. The recommendation for the determination of field capacity is that it must be performed in situ ; however, due to its slow process, the method has been performed in labs. The present work was developed using data available in literature, compiled in such a way to create a database about the subject studied. A comparative analysis between the volumetric humidity values, obtained through field experiments and the volumetric humidity values estimated by the proposed methodology, and also using the different adjustment models of the water retention curve in soil. In order to establish the comparison, a regression analysis between the values of field capacity was performed using the many procedures in attempt to obtain the correlation coefficient (r) and the Wilmont concordance index (c). From the results obtained in this work it is possible to conclude that the evaluation of the proposed methodology the estimative of field capacity concerning an inflection of the retention curve when modeled by a third-degree polynomial presented performance in the class outstanding and very good in 66.5% of the cases and classes of performance very weak 16,6% and extremely bad in about 16,6% of the cases. The applied methodology did not present consistent results for the different sources of data used and in a general way, the best found / O limite superior da retenção de água no solo, também conhecido como capacidade de campo, ainda é motivo de discussão e pesquisa entre a comunidade acadêmica, pois a variabilidade dos solos determina a variação nos resultados obtidos em todos os métodos utilizados. A necessidade de acurácia, rapidez dos resultados e custo do teste é que determinam qual método deve ser utilizado. A recomendação para a determinação da capacidade de campo é de que seja realizada "in situ"; entretanto, devido ao processo ser moroso, essa tem sido realizada em laboratório. O presente trabalho foi desenvolvido utilizando dados disponíveis na literatura, reunidos de modo a formarem um banco de dados sobre o assunto em estudo. Foi feito uma análise comparativa entre os valores de umidade volumétrica, obtidos através dos experimentos no campo e os valores da umidade volumétrica estimados com a metodologia proposta e utilizando os diferentes modelos de ajuste da curva de retenção da água no solo. Para realizar a comparação foi feita analise de regressão entre os valores da capacidade de campo pelos diferentes procedimentos com o objetivo de obter o coeficiente de correlação (r) e o índice de concordância de Wilmont (c), A partir dos resultados encontrados neste trabalho concluiu-se que a avaliação da metodologia proposta, para a estimativa da capacidade de campo em função do ponto de inflexão da curva de retenção, quando modelada por um polinômio de 3° grau, apresentou classe de desempenho ótimo e muito bom (66.5%), muito fraco (16,6%) e péssimo (16,6%). A metodologia aplicada não apresentou resultados consistentes para as diferentes fontes de dados utilizadas, sendo que de maneira geral, os melhores desempenhos encontrados foram para as curvas de retenção determinadas a campo, com exceção de solos de dunas de areia.

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No. of bitstreams: 1 IsabelGCM_TESE.pdf: 2366363 bytes, checksum: 78086589e266cc1bc49e34cf3903a65c (MD5) Previous issue date: 2016-07-29 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The increase in world population has led to increased demand for water and food, causing thereby greater pressure on agricultural land, and therefore its degradation and scarcity. The use of biochar in agriculture emerges as a sustainable technique, which contribution to the improvement of soil quality and crop productivity has already been highlighted in several studies. Therefore, two experiments were conducted in order to evaluate the influence of biochar application on soil chemical and physical properties and on the yield of two successive crops of cowpea. The trials were conducted in pots, in the period from March 2013 to March 2014, in a greenhouse at UFERSA, Mossoro, RN, Brazil. The experimental design was that of randomized blocks in a 4x5 factorial scheme, being tested four biochar doses (0, 3.5, 7 and 10.5 t ha-1) and five types of soil [Argisol (AS), Cambisol (CS), Oxisol (LS), Fluvic (NFS) and Quartzipsamment (NQS)] with five replications. Biochar was produced from wood resulting from the pruning of cashew trees. Variables analyzed were soil physical properties (water holding capacity and soil density), soil chemical properties [pH, soil organic matter (SOM), P, K, Na, Ca, Mg, exchangeable sodium percentage (ESP) and sum of bases (SB)], characteristics of initial growth of the seedlings (emergence percentage, seedling height and shoot dry mass per seedling) and yield components of cowpea (number of grains per pod (NGP), average length of pods (LP), hundred grain weight (HGW) and grain yield (GY)). Data were submitted to analysis of variance, besides analysis of regression or Tukey test, depending of the effects being considered. With few exceptions, the behavior of the variables was different according to the soil type. Addition of biochar provided a linear increase of 14% in the water holding capacity for the higher dose in relation to the control. Reduction in soil density was provided by biochar application only in the CS and LS. Biochar doses provided in the CS the largest linear increases in values of variables of initial growth of cowpea. Regardless of biochar dose, the NFS soil showed larger values of NGP, LP, HGW and GY of cowpea in both crops. Biochar doses provided linear increases in values of the components of yield of cowpea in both crops, with few negative effects in the second crop. Regardless of biochar dose, the largest values of P, Na, K, Ca, Mg e SB were obtained in the NFS; of pH and Na in the AS and of SOM in the CS, while NQS showed the lowest values of SOM, P, K, Na, and the largest values of ESP. Biochar doses of exerted a positive effect only on pH, SOM, P and ESP, mainly in the soils NFS and CS, however, generally, the doses did not presented consistent effects on chemical characteristics like K, Na, Ca and SB, in most soils. Negative effects of the increase in biochar dose were observed for SB, P, Na, Ca, pH, ESP, Na and K in the soils NFS, LS and CS / O aumento da população mundial tem levado ao incremento da demanda por água e alimentos, gerando, com isso, maior pressão sobre o solo e a água, e consequentemente sua degradação e escassez. O uso de carvão vegetal na agricultura surge como uma técnica sustentável, cuja contribuição para a melhoria da qualidade do solo e da produtividade das culturas tem sido apontada por diversos estudos. Portanto, foram desenvolvidos dois experimentos visando avaliar a influência da aplicação do carvão vegetal sobre características químicas e físicas do solo e sobre a produtividade de dois cultivos sucessivos de feijão-caupi. Os experimentos foram conduzidos em vasos, entre março de 2013 e março de 2014, em casa de vegetação da UFERSA, Mossoró-RN. O delineamento estatístico foi o de blocos ao acaso em esquema fatorial 4x5, tendo sido testadas quatro doses de carvão vegetal (0; 3,5; 7 e 10,5 t ha-1) em cinco tipos de solo [Argissolo (AS), Cambissolo (CS), Latossolo (LS), Neossolo Flúvico (NFS) e Neossolo Quartzarênico (NQS)], com 5 repetições. O carvão vegetal foi produzido a partir de resíduos da poda de cajueiros. As variáveis avaliadas foram características físicas do solo (capacidade de retenção água e densidade do solo), capacidade de retenção água e densidade do solo), capacidade de retenção água e densidade do solo), capacidade de retenção água e densidade do solo), capacidade de retenção água e densidade do solo), capacidade de retenção água e densidade do solo), capacidade de retenção água e densidade do solo), capacidade de retenção água e densidade do solo), capacidade de retenção água e densidade do solo), capacidade de retenção água e densidade do solo), capacidade de retenção água e densidade do solo), capacidade de retenção água e densidade do solo), capacidade de retenção água e densidade do solo), capacidade de retenção água e densidade do solo), capacidade de retenção água e densidade do solo), capacidade de retenção água e densidade do solo), capacidade de retenção água e densidade do solo), capacidade de retenção água e densidade do solo), capacidade de retenção água e densidade do solo), capacidade de retenção água e densidade do solo), capacidade de retenção água e densidade do solo), capacidade de retenção água e densidade do solo), capacidade de retenção água e densidade do solo), capacidade de retenção água e densidade do solo), capacidade de retenção água e densidade do solo), capacidade de retenção água e densidade do solo), capacidade de retenção água e densidade do solo), caractercaractercaracter caractercaracter ísticas quími ísticas quími ísticas quími ísticas quími ísticas químicas do solo [cas do solo [cas do solo [ cas do solo [ cas do solo [ cas do solo [pH, matéria orgânica ( matéria orgânica ( matéria orgânica (matéria orgânica ( matéria orgânica ( matéria orgânica ( matéria orgânica (matéria orgânica (MOS ), P, K, Na, Ca, Mg, , P, K, Na, Ca, Mg, , P, K, Na, Ca, Mg, , P, K, Na, Ca, Mg, , P, K, Na, Ca, Mg, , P, K, Na, Ca, Mg, , P, K, Na, Ca, Mg, , P, K, Na, Ca, Mg, , P, K, Na, Ca, Mg, , P, K, Na, Ca, Mg, , P, K, Na, Ca, Mg, percentual percentual percentual percentual percentual percentual de sódio trocável ( de sódio trocável (de sódio trocável ( de sódio trocável ( de sódio trocável ( de sódio trocável (de sódio trocável ( de sódio trocável ( de sódio trocável (PST ) e soma de bases ( ) e soma de bases () e soma de bases () e soma de bases ( ) e soma de bases ( ) e soma de bases () e soma de bases ( ) e soma de bases ( ) e soma de bases ( ) e soma de bases (SB )], características de , características de , características de , características de , características de , características de , características de , características de , características de , características de , características de , características de , características de crescimentocrescimentocrescimentocrescimento crescimento crescimentocrescimento inicial inicial inicial das das das pl ânt ul as (as ( as (porcentagem de emergência de plântulas, altura das plântulas, massa seca da parte aérea) e componentes de produção do feijão ) e componentes de produção do feijão) e componentes de produção do feijão) e componentes de produção do feijão) e componentes de produção do feijão ) e componentes de produção do feijão ) e componentes de produção do feijão) e componentes de produção do feijão) e componentes de produção do feijão) e componentes de produção do feijão ) e componentes de produção do feijão) e componentes de produção do feijão) e componentes de produção do feijão ) e componentes de produção do feijão ) e componentes de produção do feijão) e componentes de produção do feijão) e componentes de produção do feijão ) e componentes de produção do feijão) e componentes de produção do feijão-caupi (número de grãos por vagem, caupi (número de grãos por vagem, caupi (número de grãos por vagem, caupi (número de grãos por vagem, caupi (número de grãos por vagem, caupi (número de grãos por vagem, caupi (número de grãos por vagem, caupi (número de grãos por vagem, caupi (número de grãos por vagem, caupi (número de grãos por vagem, caupi (número de grãos por vagem, caupi (número de grãos por vagem, caupi (número de grãos por vagem, caupi (número de grãos por vagem, caupi (número de grãos por vagem, caupi (número de grãos por vagem, caupi (número de grãos por vagem, comprimento comprimento comprimento comprimento médio de vagens, massa 100 grãos e produtividade por vaso secos no primeiro médio de vagens, massa 100 grãos e produtividade por vaso secos no primeiro médio de vagens, massa 100 grãos e produtividade por vaso secos no primeiro médio de vagens, massa 100 grãos e produtividade por vaso secos no primeiro médio de vagens, massa 100 grãos e produtividade por vaso secos no primeiro médio de vagens, massa 100 grãos e produtividade por vaso secos no primeiro médio de vagens, massa 100 grãos e produtividade por vaso secos no primeiro médio de vagens, massa 100 grãos e produtividade por vaso secos no primeiro médio de vagens, massa 100 grãos e produtividade por vaso secos no primeiro médio de vagens, massa 100 grãos e produtividade por vaso secos no primeiro médio de vagens, massa 100 grãos e produtividade por vaso secos no primeiro médio de vagens, massa 100 grãos e produtividade por vaso secos no primeiro médio de vagens, massa 100 grãos e produtividade por vaso secos no primeiro médio de vagens, massa 100 grãos e produtividade por vaso secos no primeiro médio de vagens, massa 100 grãos e produtividade por vaso secos no primeiro médio de vagens, massa 100 grãos e produtividade por vaso secos no primeiro médio de vagens, massa 100 grãos e produtividade por vaso secos no primeiro médio de vagens, massa 100 grãos e produtividade por vaso secos no primeiro médio de vagens, massa 100 grãos e produtividade por vaso secos no primeiro médio de vagens, massa 100 grãos e produtividade por vaso secos no primeiro médio de vagens, massa 100 grãos e produtividade por vaso secos no primeiro médio de vagens, massa 100 grãos e produtividade por vaso secos no primeiro médio de vagens, massa 100 grãos e produtividade por vaso secos no primeiro médio de vagens, massa 100 grãos e produtividade por vaso secos no primeiro médio de vagens, massa 100 grãos e produtividade por vaso secos no primeiro médio de vagens, massa 100 grãos e produtividade por vaso secos no primeiro médio de vagens, massa 100 grãos e produtividade por vaso secos no primeiro médio de vagens, massa 100 grãos e produtividade por vaso secos no primeiro médio de vagens, massa 100 grãos e produtividade por vaso secos no primeiro médio de vagens, massa 100 grãos e produtividade por vaso secos no primeiro médio de vagens, massa 100 grãos e produtividade por vaso secos no primeiro médio de vagens, massa 100 grãos e produtividade por vaso secos no primeiro médio de vagens, massa 100 grãos e produtividade por vaso secos no primeiro médio de vagens, massa 100 grãos e produtividade por vaso secos no primeiro médio de vagens, massa 100 grãos e produtividade por vaso secos no primeiro médio de vagens, massa 100 grãos e produtividade por vaso secos no primeiro médio de vagens, massa 100 grãos e produtividade por vaso secos no primeiro cultivo e de grãos verdes no segundo)cultivo e de grãos verdes no segundo) cultivo e de grãos verdes no segundo) cultivo e de grãos verdes no segundo)cultivo e de grãos verdes no segundo)cultivo e de grãos verdes no segundo) cultivo e de grãos verdes no segundo)cultivo e de grãos verdes no segundo)cultivo e de grãos verdes no segundo)cultivo e de grãos verdes no segundo)cultivo e de grãos verdes no segundo) cultivo e de grãos verdes no segundo) cultivo e de grãos verdes no segundo) cultivo e de grãos verdes no segundo) cultivo e de grãos verdes no segundo) cultivo e de grãos verdes no segundo) cultivo e de grãos verdes no segundo)cultivo e de grãos verdes no segundo) . Os dados foram submetidos à análise de variância e análise de regressão ou teste de Tukey, conforme os efeitos significativos encontrados. Com poucas exceções, o comportamento das variáveis em função da dose de carvão vegetal aplicada diferiu conforme o tipo de solo. A aplicação de carvão vegetal promoveu aumento linear de 14% na capacidade de retenção de água para a maior dose, em relação à dose zero, independentemente do tipo de solo. Além disso, promoveu redução na densidade do solo apenas no CS e LS. As doses de carvão vegetal promoveram no solo CS os maiores aumentos lineares nos valores das variáveis de crescimento inicial do feijão-caupi. As doses de carvão vegetal promoveram aumentos lineares nas variáveis de crescimento inicial na maioria dos solos. Independente da dose de carvão vegetal, o solo NFS apresentou os maiores valores de número de grãos por vagem (NGV), comprimento de vagens (CMV), massa de cem grãos (P100G) e produtividade (PROD) do feijão-caupi nos dois cultivos. As doses de carvão vegetal promoveram aumentos lineares nos valores dos componentes de produção do feijão-caupi na maioria dos solos nos dois cultivos, com poucos efeitos negativos no segundo cultivo. Independente da dose de carvão vegetal, os maiores valores de P, Na, K, Ca, Mg e SB foram obtidos no NFS; de pH e Na no AS e de MOS no CS. Enquanto que o NQS apresentou os menores teores de MOS, P, K, Na e os maiores de PST. As doses de carvão vegetal exerceram efeito positivo apenas sobre pH, MOS, P e PST, principalmente nos solos NFS e CS, entretanto, em geral, não apresentou efeitos visíveis sobre características químicas como K, Na, Ca e SB, na maioria dos solos. Efeitos negativos do aumento na dose de carvão vegetal foram observados para SB, P, Na, Ca, pH, PST, Na e K nos solos NFS, LS e CS / 2017-02-03

Esta tese foi desenvolvida para avaliar os impactos das mudanças climáticas ao longo deste século sobre as demandas futuras de água para irrigação da soja na região Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul sob uma abordagem estocástica e considerando diferentes projeções de modelos climáticos para o período de 2011-2100, comparando com o passado (1961-1990). As demandas de água para irrigação da soja (IWR) foram obtidas por simulação com o modelo SWAP. O aspecto estocástico desta avaliação foi conduzido pela incorporação da variabilidade espacial da condutividade hidráulica do solo (Ksat) e dos parâmetros da curva de retenção de água no solo (CR). Inicialmente, foi realizada uma análise estocástica destes atributos físico-hidráulicos na bacia do Arroio Donato (1,1 Km2), a qual serviu de área representativa dos solos e do uso do solo da região Noroeste. Foi empregada a técnica de simulação sequencial Gaussiana (SSG) para geração de 100 campos aleatórios de cada variável. Os resultados revelaram maiores incertezas para Ksat e o parâmetro α da CR e permitiu identificar que a grande heterogeneidade espacial e temporal das variáveis analisadas pode estar associada a fatores tais como clima, manejo e cobertura do solo, erros de amostragem, adensamento da malha amostral e também ao grau de compactação do solo. Em seguida foi feita uma investigação para detectar mudanças nos padrões de temperatura (T) e precipitação (P) na região Noroeste do RS (~65.000 Km2) pelo uso de diferentes modelos climáticos de circulação geral e regional (MCGs e MCRs, respectivamente). Sete distintas localizações na região foram consideradas, para as quais há dez diferentes projeções climáticas destes modelos. Adicionalmente, também foram investigadas a frequência e a intensidade de eventos de precipitação extrema utilizando-se de índices de eventos extremos. As projeções indicam um aumento na média anual de temperatura de quase 3ºC até o final do século, bem como um aumento na precipitação anual. Também foi realizada uma análise sazonal de T e P, a qual demonstrou que os maiores aumentos de temperatura são projetados para o inverno e início da primavera e, portanto, não coincidem com os meses de verão da principal cultura da região (soja). De posse das informações anteriores, o modelo SWAP foi utilizado para estimar as demandas de água para irrigação da soja (IWR), sem considerar perdas devido à eficiência de qualquer método de irrigação. Foram feitos também testes de hipóteses sobre as séries de IWR simuladas e os resultados suportam a premissa de que IWR a curto prazo (2025s) não será estatisticamente diferente do período base (1961-1990). Por outro lado, as IWR em 2055s e 2085s rejeitam esta hipótese. Por fim, avaliou-se a influência da distribuição espacial da condutividade hidráulica saturada (Ksat) e dos parâmetros do modelo da curva de retenção de água no solo (α, n e sat) sobre as demandas futuras de água para a irrigação da soja (IWR), segundo uma abordagem estocástica. Os valores simulados pelo método geoestatístico de simulação sequencial Gaussiana foram utilizados como dados de entrada no modelo SWAP. Como dados meteorológicos foram consideradas apenas as projeções do modelo climático regional ETA 20 e ETA 40 CTRL, bem como as projeções dadas pelo modelo climático global HADCM3 nas sete localizações na região. As estimativas obtidas pelo método estocástico foram então comparadas com as estimativas de IWR obtidas sem considerar a variabilidade espacial dos atributos físico-hidráulicos do solo. Os resultados indicaram grande variabilidade espacial dos valores de IWR. Além disso, observou-se que as menores incertezas de IWR foram obtidas a partir das projeções do modelo de melhor resolução espacial, o ETA 20, enquanto o modelo HADCM3 revelou as maiores diferenças entre os períodos futuros e o período atual (base). Os resultados também demonstraram que a maior incerteza é devido aos modelos climáticos, pois a abordagem estocástica praticamente não agregou incerteza aos valores de IWR simulados anteriormente. Por fim, as séries de IWR obtidas pela abordagem determinística e estocástica foram comparadas pelo teste de hipóteses de Kolmogorov-Smirnov, o qual comprovou que as séries só não diferem a curto prazo (2025s) e que, portanto, a variabilidade espacial do solo não pode ser negligenciada nas estimativas desta variável. / This Thesis has been developed to assess the impacts of climate change throughout this century on future water demands for soybean irrigation in the Northwest region of Rio Grande do Sul under a stochastic approach and considering different projections of climate models for the period 2011-2100, compared to the past (1961-1990). The water demands for irrigation (IWR) were obtained by simulation with the SWAP model. The stochastic aspect of this evaluation was conducted by incorporating the spatial variability of the saturated hydraulic conductivity (Ksat) and the parameters of the soil water retention curve (CR). Initially, a stochastic analysis of soil physical-hydraulic attributes (Ksat and CR parameters) in the Donato basin (1,1 Km2) was carried out. This basin served as a representative area of soils and land uses of the Northwest region. The Sequential Gaussian Simulation (SSG) technique was used to generate 100 random fields of each variable. The results revealed greater uncertainty for Ksat and for α parameter of the CR and identified that the large spatial and temporal heterogeneity of the variables may be associated with factors such as climate, management and land cover, sampling error, spatial density of the sampling grid and also the degree of soil compaction. After, an investigation was made to detect changes in temperature (T) and precipitation (P) patterns in the Northwest region of RS (~65.000 Km2) by using different global and regional circulation models (GCM and RCM, respectively). Seven distinct locations in the region were considered, for which there are ten different climate projections of these models. Additionally, it was also investigated the frequency and intensity of extreme rainfall events using extreme event indices. Projections indicate an increase in average annual temperature of almost 3 °C by the end of this century, as well as an increase in annual precipitation. It was also performed a seasonal analysis of T and P, which showed that the largest temperature increases are projected for the winter and early spring and, therefore, do not coincide with the summer months the main crop in the region (soy). Making use of the above information, the SWAP model was applied to estimate the water demand for soybean irrigation (IWR), excluding losses due to the efficiency of any method of irrigation. A hypothesis test for the simulated IWR series and the results supports the premise that in short-term IWR (2025s) is not statistically different from base period (1961-1990). On the other hand, IWR in 2055s and 2085s reject this hypothesis. Finally, the influence of the spatial distribution of the saturated hydraulic conductivity (Ksat) and the parameters of the soil water retention curve (α, sat and n) on IWR was evaluated, according to a stochastic approach. The simulated values form the geostatistical method of Sequential Gaussian Simulation (SGS) were used as input data in the SWAP model. Input data of meteorological information were provided by the projections of regional climate model ETA 20 and ETA 40 CTRL, as well as the projections given by global climate model HADCM3 for the seven locations in the region. Estimates obtained by the stochastic method were then compared with the IWR estimates obtained without considering the spatial variability of physical and hydraulic soil properties. The results indicated large spatial variability of IWR values. Furthermore, it was observed that the smallest uncertainties of IWR were obtained from the projections with better spatial resolution, the ETA 20 model, while the HADCM3 model revealed the highest differences between future periods and the current period (baseline). The results also showed that the greatest uncertainties are probably due to climate models, since the stochastic approach did not add uncertainties to the IWR values simulated previously. Finally, the series of IWR obtained by stochastic and deterministic approaches were compared by the hypothesis test of Kolmogorov-Smirnov, which proved that only the series in the short term (2025s) differ, and, therefore, the soil spatial variability may not be neglected when estimating this variable.

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Telhados verdes são uma alternativa interessante para mitigar o risco de enchentes dada a enorme área de telhados não utilizada das superfícies impermeáveis nas áreas urbanas. Graças a sua capacidade de armazenagem de água, os telhados verdes podem reduzir significativamente o pico de escoamento dos eventos de maior pluviosidade. Investigações sobre a composição de substratos baseados em materiais locais e projetos adequados para regiões climáticas tropicais são menos frequentes. Vegetação e substrato são elementos de um telhado verde que precisam ser adaptados para cada microclima e não universalizados. O objetivo deste estudo foi avaliar o desempenho de diferentes composições de substratos baseados em solo local, biomassa de coco, condicionador de solo e componentes comerciais, com a finalidade de maximizar a capacidade de retenção da água de chuva e diminuir necessidades de manutenção. Um pré-ensaio de colunas avaliou a capacidade de retenção hídrica e a relação peso seco x peso úmido de 15 composições de substrato. As composições com melhores resultados constituíram os substratos S1(15% solo + 55% coco + 30%componentes comerciais), S2 (30% solo + 40% coco + 30%componentes comerciais) e S3 (60% solo + 10% coco + 30%componentes comerciais). A caracterização físico-química dos substratos, solo e fibra de coco foi realizada. Em seguida um teste de colunas avaliou a capacidade de retenção hídrica dos substratos sob duas condições de precipitação: uma leve (8,77 mm/h); e outra mais forte (42,0 mm/h). Os resultados apontaram que os substratos S2 e S3 apresentaram melhores resultados de retenção para ambas as intensidades de precipitação. Observou-se que S1, que apresentou melhor capacidade de retenção no pré-ensaio, teve desempenho inferior aos demais o que pode ser atribuído à maior concentração de fibra de coco na sua composição e o consequente surgimento de caminhos preferenciais ao longo do perfil da coluna, por onde a água escoou mais rapidamente. Em eventos de precipitação mais leve, os substratos reteram de 60 a 100% do total aplicado. Quando se aplicou uma intensidade de precipitação mais forte, a faixa de retenção ficou entre 40% e 59%. No entanto, as variáveis analisadas para avaliar a qualidade da água de escoamento dos substratos (pH, CE, P, NO3, NH4, Ca, Mg, Cu, Fe, Mn, Zn, Cr, Co, Ni) ficaram acima dos valores comumente encontrados na literatura, indicando que as composições aqui adotadas para os substratos podem implicar em uma fonte de poluição hídrica. Os substratos para uso em telhados verdes apresentados neste estudo atenderam seu objetivo quanto à retenção hídrica, mas a qualidade da água percolada torna seu uso inviável até o momento. Verificou-se a necessidade de estudar mais profundamente a qualidade da água lixiviada por cada componente dos substratos, individualmente, a fim de identificar as fontes dos elementos que presentes em concentrações elevadas tornam-se poluentes. Pode ser considerada a remoção de algum (s) dos componentes presentes na composição para se atingir um nível satisfatório de qualidade da água de escoamento. / Green roofs are an interesting alternative to mitigate the risk of flooding given the huge area of unused roofs of impermeable surfaces in urban areas. Thanks to its ability to store water, green roofs can significantly reduce the peak flow events with higher rainfall. Investigations on the composition of substrates based on local materials and designs suitable for tropical climatic regions are less frequent. Vegetation and substrate are elements of a green roof that need to be adapted to each microclimate and not universalized. The objective of this study was to evaluate the performance of different substrate compositions based on local soil, coconut biomass, soil conditioner and commercial components in order to maximize retention capacity of rainwater and lower maintenance needs. A pre-test columns evaluated the water retention capacity and relative wet weight dry weight x 15 substrate compositions. The compositions were the best performing substrates S1 (15% soil + 55% + 30% coconut commercial components), S2 (30% soil + 40% + 30% coconut commercial components) and S3 (60% + 10% soil + coco 30% commercial components). The physicochemical characterization of substrates, soil and coconut fiber was performed. Then a test column evaluated the water retention capacity of the two substrates under precipitation conditions: a gentle (8.77 mm / h), and another strong (42.0 mm / h). The results showed that the substrates S2 and S3 showed better retention results for both intensities of rainfall. It was observed that S1, which showed better retention capacity in the pre-test, performance was inferior to the others which can be attributed to the higher concentration of coconut fiber composition and the consequent emergence of preferential paths along the profile of the column, through which water drained more quickly. In lighter precipitation events, the substrates while retaining 60-100% of the total applied. When applied a stronger intensity of precipitation, the band retention was between 40% and 59%. However, the variables analyzed to evaluate the quality of the water drainage of the substrates (pH, CE, P, NO3, NH4, Ca, Mg, Cu, Fe, Mn, Zn, Cr, Co, Ni) were higher than the values generally found in the literature, indicating that the compositions here adopted for the substrates can bring in a source of water pollution. The substrates for use in green roofs presented in this study met its goal for retaining water, but the quality of percolated water makes its use impractical until now. There was the need to study further the quality of water leached for each component of the substrates individually in order to identify sources of the elements present in high concentrations become pollutants. It can be considered the removal of some (s) of the components present in the composition to achieve a satisfactory level of quality of the water flow.

Orientador: Ariel Antonio Mendes / Banca: Roberto de Oliveira Roça / Banca: Edson Gonçalves de Oliveira / Abstract: It was undertaken two assays aiming to evaluate quality characteristics of broiler pale-colour meat and compare to normal-colour meat (assay 1), and evaluate sensorial differences between these meat types (assay 2). For assay 1, it was collected 52 pale and normal fillets from a slaughtering line, based on fillet colouration. It was measured pH, temperature, colour and R value on different times post mortem (0, four, 24 hours). Samples were send to the laboratory of FMVZ/UNESP, Botucatu campus, and after 24 hours post mortem it was evaluated the remaining meat quality parameters (drip loss, retention and absorption water capacity, denaturation protein, cocking loss and texture. For assay 2, it was collected 40 each pale and normal fillets from a commercial slaughtering and after 24 hours post mortem it was realized the evaluation of sensorial characteristics. For breast fillets of broilers with pale colouration, glycolysis had started with 6,86 pH value and reached to final pH of 5,73 at 24 hours post mortem while normal colouration ones presented initial pH of 6,80 and final pH, after 24 hours post mortem of 5,85. It was observed difference (p 0,05) between pale and normal fillets for pH, L * value, redness, CRA, PPC and protein denaturation. / Resumo: Foram realizados dois ensaios, sendo que o Ensaio 1 teve por objetivo avaliar as características de qualidade da carne de frangos de corte de coloração pálida e comparar com a de coloração normal e, o Ensaio 2, avaliar as diferenças sensoriais destes tipos de carnes. Para o Ensaio 1, foram coletados 52 filés pálidos e normais selecionados na linha de abate baseado pela sua coloração. Foi realizada a mensuração do pH, temperatura, cor e valor R nos tempos de zero, 4 e 24 horas post-mortem. As amostras foram encaminhadas ao laboratório da FMVZ/UNESP, campus de Botucatu e após 24 horas post-mortem procedeu-se as demais análises de qualidade de carne em que foram avaliadas as características de perda por exsudação, capacidade de retenção (CRA) e absorção de água, perdas de peso por cozimento (PPC) e força de cisalhamento. Para o Ensaio 2, foram coletados 40 filés pálidos e normais de abatedouro comercial, e após 24 horas post-mortem procedeu-se a avaliação das características sensoriais. Para os filés de peitos de frangos de coloração pálida, a glicólise teve inicio com o valor de pH 6,86 e atingiu pH final 5,73 às 24 horas post-mortem enquanto que os filés de peitos de coloração normal apresentaram pH inicial de 6,80 e pH 24 horas post-mortem de 5,85. Houve diferença significativa (p 0,05) entre os filés pálidos e normal para os parâmetros de pH, valor L*, teor de vermelho, CRA, PPC e desnaturação protéica. / Mestre

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Telhados verdes são uma alternativa interessante para mitigar o risco de enchentes dada a enorme área de telhados não utilizada das superfícies impermeáveis nas áreas urbanas. Graças a sua capacidade de armazenagem de água, os telhados verdes podem reduzir significativamente o pico de escoamento dos eventos de maior pluviosidade. Investigações sobre a composição de substratos baseados em materiais locais e projetos adequados para regiões climáticas tropicais são menos frequentes. Vegetação e substrato são elementos de um telhado verde que precisam ser adaptados para cada microclima e não universalizados. O objetivo deste estudo foi avaliar o desempenho de diferentes composições de substratos baseados em solo local, biomassa de coco, condicionador de solo e componentes comerciais, com a finalidade de maximizar a capacidade de retenção da água de chuva e diminuir necessidades de manutenção. Um pré-ensaio de colunas avaliou a capacidade de retenção hídrica e a relação peso seco x peso úmido de 15 composições de substrato. As composições com melhores resultados constituíram os substratos S1(15% solo + 55% coco + 30%componentes comerciais), S2 (30% solo + 40% coco + 30%componentes comerciais) e S3 (60% solo + 10% coco + 30%componentes comerciais). A caracterização físico-química dos substratos, solo e fibra de coco foi realizada. Em seguida um teste de colunas avaliou a capacidade de retenção hídrica dos substratos sob duas condições de precipitação: uma leve (8,77 mm/h); e outra mais forte (42,0 mm/h). Os resultados apontaram que os substratos S2 e S3 apresentaram melhores resultados de retenção para ambas as intensidades de precipitação. Observou-se que S1, que apresentou melhor capacidade de retenção no pré-ensaio, teve desempenho inferior aos demais o que pode ser atribuído à maior concentração de fibra de coco na sua composição e o consequente surgimento de caminhos preferenciais ao longo do perfil da coluna, por onde a água escoou mais rapidamente. Em eventos de precipitação mais leve, os substratos reteram de 60 a 100% do total aplicado. Quando se aplicou uma intensidade de precipitação mais forte, a faixa de retenção ficou entre 40% e 59%. No entanto, as variáveis analisadas para avaliar a qualidade da água de escoamento dos substratos (pH, CE, P, NO3, NH4, Ca, Mg, Cu, Fe, Mn, Zn, Cr, Co, Ni) ficaram acima dos valores comumente encontrados na literatura, indicando que as composições aqui adotadas para os substratos podem implicar em uma fonte de poluição hídrica. Os substratos para uso em telhados verdes apresentados neste estudo atenderam seu objetivo quanto à retenção hídrica, mas a qualidade da água percolada torna seu uso inviável até o momento. Verificou-se a necessidade de estudar mais profundamente a qualidade da água lixiviada por cada componente dos substratos, individualmente, a fim de identificar as fontes dos elementos que presentes em concentrações elevadas tornam-se poluentes. Pode ser considerada a remoção de algum (s) dos componentes presentes na composição para se atingir um nível satisfatório de qualidade da água de escoamento. / Green roofs are an interesting alternative to mitigate the risk of flooding given the huge area of unused roofs of impermeable surfaces in urban areas. Thanks to its ability to store water, green roofs can significantly reduce the peak flow events with higher rainfall. Investigations on the composition of substrates based on local materials and designs suitable for tropical climatic regions are less frequent. Vegetation and substrate are elements of a green roof that need to be adapted to each microclimate and not universalized. The objective of this study was to evaluate the performance of different substrate compositions based on local soil, coconut biomass, soil conditioner and commercial components in order to maximize retention capacity of rainwater and lower maintenance needs. A pre-test columns evaluated the water retention capacity and relative wet weight dry weight x 15 substrate compositions. The compositions were the best performing substrates S1 (15% soil + 55% + 30% coconut commercial components), S2 (30% soil + 40% + 30% coconut commercial components) and S3 (60% + 10% soil + coco 30% commercial components). The physicochemical characterization of substrates, soil and coconut fiber was performed. Then a test column evaluated the water retention capacity of the two substrates under precipitation conditions: a gentle (8.77 mm / h), and another strong (42.0 mm / h). The results showed that the substrates S2 and S3 showed better retention results for both intensities of rainfall. It was observed that S1, which showed better retention capacity in the pre-test, performance was inferior to the others which can be attributed to the higher concentration of coconut fiber composition and the consequent emergence of preferential paths along the profile of the column, through which water drained more quickly. In lighter precipitation events, the substrates while retaining 60-100% of the total applied. When applied a stronger intensity of precipitation, the band retention was between 40% and 59%. However, the variables analyzed to evaluate the quality of the water drainage of the substrates (pH, CE, P, NO3, NH4, Ca, Mg, Cu, Fe, Mn, Zn, Cr, Co, Ni) were higher than the values generally found in the literature, indicating that the compositions here adopted for the substrates can bring in a source of water pollution. The substrates for use in green roofs presented in this study met its goal for retaining water, but the quality of percolated water makes its use impractical until now. There was the need to study further the quality of water leached for each component of the substrates individually in order to identify sources of the elements present in high concentrations become pollutants. It can be considered the removal of some (s) of the components present in the composition to achieve a satisfactory level of quality of the water flow.

Esta tese foi desenvolvida para avaliar os impactos das mudanças climáticas ao longo deste século sobre as demandas futuras de água para irrigação da soja na região Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul sob uma abordagem estocástica e considerando diferentes projeções de modelos climáticos para o período de 2011-2100, comparando com o passado (1961-1990). As demandas de água para irrigação da soja (IWR) foram obtidas por simulação com o modelo SWAP. O aspecto estocástico desta avaliação foi conduzido pela incorporação da variabilidade espacial da condutividade hidráulica do solo (Ksat) e dos parâmetros da curva de retenção de água no solo (CR). Inicialmente, foi realizada uma análise estocástica destes atributos físico-hidráulicos na bacia do Arroio Donato (1,1 Km2), a qual serviu de área representativa dos solos e do uso do solo da região Noroeste. Foi empregada a técnica de simulação sequencial Gaussiana (SSG) para geração de 100 campos aleatórios de cada variável. Os resultados revelaram maiores incertezas para Ksat e o parâmetro α da CR e permitiu identificar que a grande heterogeneidade espacial e temporal das variáveis analisadas pode estar associada a fatores tais como clima, manejo e cobertura do solo, erros de amostragem, adensamento da malha amostral e também ao grau de compactação do solo. Em seguida foi feita uma investigação para detectar mudanças nos padrões de temperatura (T) e precipitação (P) na região Noroeste do RS (~65.000 Km2) pelo uso de diferentes modelos climáticos de circulação geral e regional (MCGs e MCRs, respectivamente). Sete distintas localizações na região foram consideradas, para as quais há dez diferentes projeções climáticas destes modelos. Adicionalmente, também foram investigadas a frequência e a intensidade de eventos de precipitação extrema utilizando-se de índices de eventos extremos. As projeções indicam um aumento na média anual de temperatura de quase 3ºC até o final do século, bem como um aumento na precipitação anual. Também foi realizada uma análise sazonal de T e P, a qual demonstrou que os maiores aumentos de temperatura são projetados para o inverno e início da primavera e, portanto, não coincidem com os meses de verão da principal cultura da região (soja). De posse das informações anteriores, o modelo SWAP foi utilizado para estimar as demandas de água para irrigação da soja (IWR), sem considerar perdas devido à eficiência de qualquer método de irrigação. Foram feitos também testes de hipóteses sobre as séries de IWR simuladas e os resultados suportam a premissa de que IWR a curto prazo (2025s) não será estatisticamente diferente do período base (1961-1990). Por outro lado, as IWR em 2055s e 2085s rejeitam esta hipótese. Por fim, avaliou-se a influência da distribuição espacial da condutividade hidráulica saturada (Ksat) e dos parâmetros do modelo da curva de retenção de água no solo (α, n e sat) sobre as demandas futuras de água para a irrigação da soja (IWR), segundo uma abordagem estocástica. Os valores simulados pelo método geoestatístico de simulação sequencial Gaussiana foram utilizados como dados de entrada no modelo SWAP. Como dados meteorológicos foram consideradas apenas as projeções do modelo climático regional ETA 20 e ETA 40 CTRL, bem como as projeções dadas pelo modelo climático global HADCM3 nas sete localizações na região. As estimativas obtidas pelo método estocástico foram então comparadas com as estimativas de IWR obtidas sem considerar a variabilidade espacial dos atributos físico-hidráulicos do solo. Os resultados indicaram grande variabilidade espacial dos valores de IWR. Além disso, observou-se que as menores incertezas de IWR foram obtidas a partir das projeções do modelo de melhor resolução espacial, o ETA 20, enquanto o modelo HADCM3 revelou as maiores diferenças entre os períodos futuros e o período atual (base). Os resultados também demonstraram que a maior incerteza é devido aos modelos climáticos, pois a abordagem estocástica praticamente não agregou incerteza aos valores de IWR simulados anteriormente. Por fim, as séries de IWR obtidas pela abordagem determinística e estocástica foram comparadas pelo teste de hipóteses de Kolmogorov-Smirnov, o qual comprovou que as séries só não diferem a curto prazo (2025s) e que, portanto, a variabilidade espacial do solo não pode ser negligenciada nas estimativas desta variável. / This Thesis has been developed to assess the impacts of climate change throughout this century on future water demands for soybean irrigation in the Northwest region of Rio Grande do Sul under a stochastic approach and considering different projections of climate models for the period 2011-2100, compared to the past (1961-1990). The water demands for irrigation (IWR) were obtained by simulation with the SWAP model. The stochastic aspect of this evaluation was conducted by incorporating the spatial variability of the saturated hydraulic conductivity (Ksat) and the parameters of the soil water retention curve (CR). Initially, a stochastic analysis of soil physical-hydraulic attributes (Ksat and CR parameters) in the Donato basin (1,1 Km2) was carried out. This basin served as a representative area of soils and land uses of the Northwest region. The Sequential Gaussian Simulation (SSG) technique was used to generate 100 random fields of each variable. The results revealed greater uncertainty for Ksat and for α parameter of the CR and identified that the large spatial and temporal heterogeneity of the variables may be associated with factors such as climate, management and land cover, sampling error, spatial density of the sampling grid and also the degree of soil compaction. After, an investigation was made to detect changes in temperature (T) and precipitation (P) patterns in the Northwest region of RS (~65.000 Km2) by using different global and regional circulation models (GCM and RCM, respectively). Seven distinct locations in the region were considered, for which there are ten different climate projections of these models. Additionally, it was also investigated the frequency and intensity of extreme rainfall events using extreme event indices. Projections indicate an increase in average annual temperature of almost 3 °C by the end of this century, as well as an increase in annual precipitation. It was also performed a seasonal analysis of T and P, which showed that the largest temperature increases are projected for the winter and early spring and, therefore, do not coincide with the summer months the main crop in the region (soy). Making use of the above information, the SWAP model was applied to estimate the water demand for soybean irrigation (IWR), excluding losses due to the efficiency of any method of irrigation. A hypothesis test for the simulated IWR series and the results supports the premise that in short-term IWR (2025s) is not statistically different from base period (1961-1990). On the other hand, IWR in 2055s and 2085s reject this hypothesis. Finally, the influence of the spatial distribution of the saturated hydraulic conductivity (Ksat) and the parameters of the soil water retention curve (α, sat and n) on IWR was evaluated, according to a stochastic approach. The simulated values form the geostatistical method of Sequential Gaussian Simulation (SGS) were used as input data in the SWAP model. Input data of meteorological information were provided by the projections of regional climate model ETA 20 and ETA 40 CTRL, as well as the projections given by global climate model HADCM3 for the seven locations in the region. Estimates obtained by the stochastic method were then compared with the IWR estimates obtained without considering the spatial variability of physical and hydraulic soil properties. The results indicated large spatial variability of IWR values. Furthermore, it was observed that the smallest uncertainties of IWR were obtained from the projections with better spatial resolution, the ETA 20 model, while the HADCM3 model revealed the highest differences between future periods and the current period (baseline). The results also showed that the greatest uncertainties are probably due to climate models, since the stochastic approach did not add uncertainties to the IWR values simulated previously. Finally, the series of IWR obtained by stochastic and deterministic approaches were compared by the hypothesis test of Kolmogorov-Smirnov, which proved that only the series in the short term (2025s) differ, and, therefore, the soil spatial variability may not be neglected when estimating this variable.