Resumo em Português:

RESUMO Muitos agentes terapêuticos humanos sintetizados industrialmente, agroquímicos e aditivos, são compostos heterocíclicos. Muitos destes contribuem para o aumento da contaminação ambiental em fontes pontuais e difusas dos corpos de água, o que reflete na qualidade do solo, das comunidades e na saúde humana. Com isso, este estudo teve objetivo de avaliar a presença de compostos orgânicos nas águas superficiais da bacia do rio Pirapó, influenciados pelas culturas de soja e milho safrinha que são cultivadas nas áreas adjacentes em torno do rio. As amostras de água foram coletadas no período de outubro de 2017 a janeiro de 2019, em três pontos de coleta. Os compostos orgânicos foram analisados por CG-EM, após a extração em fase sólida (SPE). Dois compostos orgânicos foram detectados: a azetidina e a sarcosina, que são utilizados na indústria farmacêutica. Os compostos orgânicos existentes em medicamentos e/ou contaminantes observados neste estudo revelam a importância de investigações mais aprofundadas sobre suas origens e as consequências para a saúde da biota e da população.

Resumo em Inglês:

ABSTRACT Many industrially synthesized human - therapeutic agents, agrochemicals, and additives used by industries are heterocyclic compounds. Many of these contribute to increased environmental contamination in localized and diffuse sources of water bodies, reflecting soil quality, communities, and human health. This concern led us to develop this research to evaluate the presence of organic compounds in the surface waters of the Pirapó river basin, Paraná, Brazil, influenced by the soybean and safflower corn crops that are cultivated in adjacent areas around the river. The water samples were collected from October 2017 to January 2019, at three collection points. Organic compounds were analyzed by GC-MS, after the solid phase extraction (SPE). Two organic compounds were analyzed: azetidine and sarcosine that are used in the pharmaceutical industry. Organic compounds existing in drugs and/or contaminants that were observed in this study reveal the importance of further investigation into their origins and the consequences for the health of the biota and the population.

Resumo em Português:

RESUMO A evolução da capacidade de processamento e memória dos computadores propiciou aos engenheiros e cientistas a modelagem numérica de fenômenos de natureza turbulenta complexa, tal como os ressaltos hidráulicos. Essa pesquisa avalia a capacidade de simular numericamente um ressalto hidráulico que ocorre na bacia de dissipação da UHE Porto Colômbia com uma vazão de 4,000 m3/s. Para isso, os resultados das simulações foram comparados com dados medidos três modelos físicos hidráulicos (escalas 1:32, 1:50 e 1:100) e medições em protótipo. As simulações utilizaram o solver Ansys CFX, empregando uma abordagem baseada em nas equações médias de Navier-Stokes por decomposição de Reynolds (RANS), o modelo de turbulência RNG κ-ε e o método Volume of Fluid (VOF) para interações água-ar. Diversas variáveis foram analisadas, com resultados satisfatórios para pressões médias, profundidades conjugadas, comprimento do rolo, perfil da linha d'água em áreas menos aeradas e velocidade média na seção de montante do ressalto hidráulico submerso, com erros inferiores a 10%. No entanto, a posição de início do ressalto hidráulico submerso e a representação do perfil da superfície da água na região próxima ao pé do ressalto apresentaram resultados mais discrepantes. Em conclusão, os métodos e condições aplicados nas simulações são adequados para representar variáveis menos afetadas pelo fenômeno de aeração, estabelecendo as simulações em CFD como uma ferramenta valiosa para a análise de ressaltos hidráulicos.

Resumo em Inglês:

ABSTRACT Advancements in computational capabilities have enabled engineers and scientists to numerically model complex turbulent phenomena such as hydraulic jumps. This research assesses the capability of numerically simulating a hydraulic jump that occurs in the UHE Porto Colômbia's stilling basin at a flow rate of 4,000 m3/s. To achieve this, simulation results were compared with data from three hydraulic physical models (scales 1:32, 1:50, and 1:100) and full-scale measurements. The simulations employed the Ansys CFX solver, utilizing a Reynolds-Averaged Navier-Stokes (RANS) approach, the RNG κ-ε turbulence model, and the Volume of Fluid (VOF) method for air-water interactions. Various variables were analyzed, with satisfactory results for mean pressures, conjugated depths, roller length, water profile in less aerated areas, and mean velocity at the submerged hydraulic jump upstream section, with errors below 10%. However, the submerged hydraulic jump's start position and the representation of the water surface profile in the region near the jump toe yielded more disparate results. In conclusion, the methods and conditions applied in the simulations are apt for representing variables less impacted by aeration phenomena, establishing CFD simulations as a valuable tool for hydraulic jump analysis.

Resumo em Português:

RESUMO O rio Madeira é caracterizado pela grande quantidade de material lenhoso transportado, principalmente durante as cheias, e isso acaba influenciando as condições operativas tornando-se um grande desafio para a geração de energia na UHE Jirau. São muitos troncos e as barreiras flutuantes do log boom que tem a função de retê-los, nem sempre apresentam a eficiência desejada, em especial pelas inúmeras variáveis envolvidas e o regime de vazões. Este trabalho envolve a simulação hidrodinâmica do rio Madeira e a simulação tridimensional desse material lenhoso, para analisar seu comportamento ao longo do rio e ter conhecimento da sua posição conforme o escoamento, do seu destino e da influência das barreiras de log boom na hidrodinâmica e no transporte de partículas. Os troncos foram simulados como partículas pelo módulo PART do Delft3d, através do modelo Lagrangiano. O modelo hidrodinâmico foi validado e foi possível representar as principais variações de velocidades tridimensionais e níveis d’água. A simulação de partículas foi condizente com a distribuição de vazões e assim foi possível identificar, conforme a operação da usina, os destinos mais atrativos para os troncos.

Resumo em Inglês:

ABSTRACT The Madeira River is characterized by large amount of woody material transported, especially during floods, which interferes with the operation of the Jirau Hydroelectric Power Plant. There are many logs and the log boom structures inserted to retain them do not always present the desired efficiency. This work involves the hydrodynamic simulation of the Madeira River and the three-dimensional simulation of these woody materials to analyze their trajectories along the river and to obtain knowledge of their transport and position according to the flow, different plant operations ways and the influence of log booms. The logs are simulated as particles by the PART module of Delft3d, using the Lagrangian particle tracking model. The hydrodynamic model was validated and it was possible to represent the main variations of three-dimensional velocities and water levels. The particle tracking simulation was consistent with the flow distribution and thus it was possible to identify the most attractive destination for the logs, according to power plant operations.

Resumo em Português:

RESUMO Estudos internacionais têm focado nos impactos hidrológicos em escala horária ou sub-diária que hidrelétricas podem ocasionar por operações de hydropeaking. Contudo, essa temática ainda é pouco estudada no Brasil, apesar do seu grande número de hidrelétricas. Assim, para trazer ao contexto brasileiro, o presente estudo apresenta inicialmente uma revisão da literatura para caracterizar o hydropeaking, seus impactos e medidas mitigadoras propostas, e trabalhos a respeito no Brasil. A seguir, demonstrou-se que operações de hydropeaking ocorrem em todo território nacional por hidrelétricas de diferentes tamanhos, com alterações podendo aumentar 450% a vazão de base. São também trazidos conflitos relacionados ao hydropeaking no Brasil e que, apesar de suas ocorrências e registro de limiares pontuais sua mitigação, esse não vem sendo abordado em estudos de impacto ambiental para licenciamento de PCHs. Assim, o presente estudo busca trazer à luz a importância de maiores pesquisas sobre hydropeaking no Brasil.

Resumo em Inglês:

ABSTRACT International studies have focused on the hydrological impacts on an hourly or sub-daily scale that hydroelectric plants can cause through hydropeaking operations. However, this topic is still underexplored in Brazil, despite its large number of hydroelectric plants. Thus, to bring it to the Brazilian context, this study initially presents a literature review to characterize hydropeaking, its impacts and proposed mitigating measures, and research conducted in Brazil. Next, it was demonstrated that hydropeaking operations occur throughout the entire national territory, in hydroelectric plants of different sizes, that can cause changes increasing up to 450% of the base flow. Conflicts related to hydropeaking in Brazil are also brought up and, despite their occurrences and records of specific thresholds for their mitigation, this has not been addressed in environmental impact studies for licensing Small Hydropower Plants (SHPs) or legislation. Thus, the present study seeks to bring to light the importance of further research on hydropeaking in Brazil.

Resumo em Português:

RESUMO

Resumo em Inglês:

ABSTRACT The hydrodynamic conditions to which hydraulic structures such as spillways and stilling basins of dams are submitted under given conditions favor the occurrence of cavitation, damaging the concrete surfaces. This damage may be intensified by the cumulative effect of the successive hydrologic events that characterize the operational regime of these structures. Thus, the purpose of the present article is to identify the propensity for damage caused by cavitation by using SpillwayPro software to estimate the hydraulic parameters of flow (mean velocities and cavitation indices) based on information on smooth chute spillways at the Furnas, Luiz Carlos Barreto de Carvalho and Batalha hydroelectric power plants. The results shown were compared to the critical limits of cavitation defined in the literature on photographic records of inspections performed in the field. The highest mean velocities estimated coincided with the zones where the worst potential damage of the structures was identified. Nevertheless, most of the cavitation indices obtained did not present results similar to the limits presented by different authors, and thus do not favor the indication of cavitation risks due to this parameter in the spillways examined.

Resumo em Português:

RESUMO Mapear e classificar Áreas Úmidas Costeiras é importante para a sua conservação. Este estudo teve como objetivo aplicar Análise de Imagens Baseada em Objetos (OBIA) e abordagens baseadas em pixels para responder às questões: (1) qual abordagem é mais precisa para classificar Áreas Úmidas; (2) as imagens do Sentinel 1A são melhores para classificação das Áreas Úmidas em comparação com o Sentinel 2A; (3) a classificação em estação dupla tem maior potencial para classificação de Áreas Úmidas em comparação com a classificação em estação única. Utilizamos Sentinel 1 e 2 em estações simples e duplas (inverno e verão) para classificar uma Área Úmida costeira no Rio Grande do Sul. Os resultados mostram OBIA com maior potencial, com precisão superior a 80%. O Sentinel 2 apresentou maior importância na classificação em comparação com o Sentinel 1. O OBIA de estação dupla aumentou o kappa em até 7% em comparação com a estação única. Além disso, a estação dupla baseada em pixels teve kappa menor do que a estação única do OBIA. Concluímos que o OBIA, mesmo em uma única estação, tem maior potencial para mapear Áreas Úmidas costeiras.

Resumo em Inglês:

ABSTRACT Mapping and classifying Coastal Wetlands is important for their conservation. The study aimed to apply Object-Based Image Analysis (OBIA) and pixel-based approaches to answer the questions: (1) which approach is more accurate for classifying Wetlands; (2) Sentinel 1A images improve the classification of Wetlands compared to Sentinel 2A; (3) dual-station sorting has greater potential for sorting Wetlands compared to single-station sorting. We used Sentinel 1 and 2 in single and double seasons (winter and summer) to classify a coastal UA in Rio Grande do Sul. The results show OBIA with greater potential, with accuracy greater than 80%. Sentinel 2 shows higher ranking importance compared to Sentinel 1. Dual season OBIA increased kappa by up to 7% compared to single season. Furthermore, the pixel-based dual season had lower kappa than the OBIA single season. We conclude that OBIA, even at a single station, has greater potential to map coastal AUs.

Resumo em Português:

RESUMO A erosão hídrica é uma das principais causas de degradação de solos e poluição dos recursos hídricos. Este trabalho teve como objetivo atualizar e avaliar a variação sazonal do índice de erosividade e do Índice de Fournier Modificado como ferramenta para prever a erosividade das chuvas para o estado de Rio Grande do Sul. Foram usadas as séries de dados de precipitação média mensal tendo como base as Normais Climatológicas do período de 1991 a 2020 de 112 estações pluviométricas. Com base em 16 equações de regressão formam estimados os valores dos Índices de Fournier Modificado (IFM) e do índice EI30, avaliando-se sua variação espacial e sazonal. Os resultados mostram uma forte variação sazonal, com maiores erosividades nos meses de abril, outubro e dezembro. O EI30 variou entre 3.500 a 12.500 MJ mm ha-1 h-1 ano-1. Observou-se uma marcante variação espacial, com aumento dos valores no sentido leste a oeste.

Resumo em Inglês:

ABSTRACT Water erosion is one of the main cause of soil degradation and the pollution of water resources. The aim of the present study is to update and evaluate the seasonal variation of the erosivity index and the Modified Fournier Index as a tool to predict rain erosivity for the state of Rio Grande do Sul. A series of monthly average rainfall data was used from 112 rainfall stations based on the Climatological Norms of the period between 1991 and 2020. Based on 16 regression equations, the values of the Modified Fournier Index (MFI) and the EI30 index were estimated, assessing their spatial and seasonal variation. Results show a strong seasonal variation with greater erosivity in the months of April, October and December. The EI30 varied between 3500 and 12500 MJ, ha-1 h-1 year-1. A significant spatial variation could be observed, with an increase in values in the east-west direction.

Resumo em Português:

RESUMO As previsões de afluências em horizonte sub sazonal apresenta potencial para contribuições importantes na gestão de recursos hídricos em operações de barragens hidroelétricas. Estas previsões desafiam as limitações do horizonte de médio-prazo e o estende, preenchendo uma lacuna técnico-cientifica de longa data no ramo das previsões. No Brasil, o uso de previsões hidrológicas em horizonte sub sazonal apresenta potencial para alavancar a produção hidroelétrica do Sistema Interligado Nacional (SIN), uma vez que rotineiramente são empregadas previsões de afluências em reservatórios de até 2 semanas por meio de modelo chuva-vazão. Este estudo objetivou a avaliação estatística de previsões hidrológicas de até 6 semanas utilizando um modelo hidrológico-hidrodinâmico em escala continental associados a previsão de precipitação por conjunto geradas por modelo atmosférico para produzir vazões futuras nas bacias do continente, e consequentemente para as bacias das usinas hidroelétricas do SIN. A avaliação estatística se baseou em métricas determinísticas tipicamente utilizadas pelo agente operador do SIN, e adicionalmente a habilidade das previsões baseadas em modelo atmosférico em relação a previsões baseada na climatológica das vazões observadas nas usinas. A performance das previsões varia de acordo com a estação do ano e localização geográfica, isto é, dependente de regimes hidrológicos distintos. As melhores performances foram obtidas em usinas localizadas nas regiões sudoeste e centro-oeste que possuem sazonalidade bem definida, ao passo que usinas do sul apresentaram maior sensibilidade nas métricas de acordo com a estação do ano. O estudo apresentado servem como contribuição técnico-cientifica para agentes e tomadores de decisão que buscam aprimorar a gestão do recurso hídrico incorporando as previsões estendidas na cadeia operacional.

Resumo em Inglês:

ABSTRACT Inflow prediction on sub-seasonal timescale have the potential for important contributions to the management of water resources in hydroelectric dam operations. These forecasts challenge the limitations of the medium-term and extend it, bridging a long-standing technical-scientific gap in the forecasting field. In Brazil, the use of sub-seasonal hydrological predictions can boost the hydroelectric production of the National Interconnected System (SIN), since inflow forecast in reservoirs of up to 2 weeks are routinely used using a rain-flow model. This study aimed at the statistical evaluation of hydrological forecasts of up to 6 weeks using a hydrological-hydrodynamic model on a continental scale associated with ensemble precipitation forecasts generated by an atmospheric model, producing future streamflow in the continent basins, and consequently at the SIN’s hydroelectric dams. The statistical evaluation was based on deterministic scores typically used by the SIN operating agent, and additionally we assessed the skill of forecasts based on atmospheric models in relation to simpler forecasts based on the climatology of observed inflows. The performance of the forecasts varies according to the season and geographic location, that is, depending on different hydrological regimes. The best performances were obtained in dams located in the southwest and central-west regions, which have well-defined seasonality, while dams in the south showed greater sensitivity in metrics according to the season. The study presented serves as a technical-scientific contribution for agents and decision makers who seek to improve water resource management by incorporating extended forecasts into the operational chain.

Resumo em Português:

RESUMO Este trabalho simula fisicamente o efeito de baixas e altas vazões e tempos de enchimento de reservatórios e ruptura por galgamento (devido a chuvas intensas) de barragens homogêneas de aterro de areia síltica. Os experimentos buscam verificar como essas condições impactam na formação da ruptura e da onda de ruptura. Os resultados mostram que diferentes tempos de enchimento, umidade e composição do solo e grau de compactação afetam a saturação, o tempo de falha e a formação de brechas. O resultado confirma que brechas menores com maior grau de compactação levaram a um menor pico de vazão de ruptura. O hidrograma de ruptura apresenta uma etapa de descida mais rápida que um hidrograma exponencial. Simulações e modelos baseados nesta lei podem estar minimizando o efeito da onda de rompimento de barragens, impactando também a tomada de decisões sobre recursos hídricos. Os resultados foram extrapolados satisfatoriamente para um protótipo real, fornecendo um banco de dados para este tipo de estudo.

Resumo em Inglês:

ABSTRACT This work physically simulates the effect of low and high flow rates and filling times of reservoirs and rupture due to overtopping (caused by intense rains) of small homogeneous silty-sand earthfill dams. The experiments seek to verify how input variations impact the formation of the breach and the rupture wave. The results show that different filling times, soil moisture and composition, and degree of compaction affect landfill saturation, failure time, and breach formation. The result confirms that smaller breaches with a higher degree of compaction led to a lower peak rupture flow compared to dams with low degree of compaction. The rupture hydrograph presents a faster descent stage than an exponential hydrograph. Simulations and models based on this law may minimize the effect of the dam-break wave, also impacting water resource decision-making for damage reduction. The results were extrapolated to a real prototype, providing information and a database for the studies of overtopping dam-break waves.