Mestrado em Ciência e Engenharia Ambiental

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Acesso aberto (Open Access)
Análise do processo chuva-vazão utilizando hidrograma conceitual de Nash em bacias hidrográficas do Sul de Minas Gerais
(Universidade Federal de Alfenas, 2023-01-30) Pereira, Silvio Romero Duarte; Gonçalves, Flávio Aparecido; Latuf, Marcelo De Oliveira; Tiezzi, Rafael De Oliveira
Tendo em vista que o crescimento populacional, o avanço da urbanização e a ação antrópica em ambientes naturais têm acarretado impactos ambientais de diferentes naturezas e que a impermeabilização desses espaços pode causar enchentes e a diminuição da qualidade das águas, faz-se cada vez mais necessária a quantificação dos efeitos gerados por esses processos. O hidrograma conceitual de Nash (1957) é um modelo de chuva-vazão que considera a bacia hidrográfica como um sistema linear que é função de dois parâmetros, sendo eles o número de reservatórios (n) e a taxa de decaimento (k). Como forma de avaliar as diferenças e comparar duas situações distintas, os valores desses parâmetros foram calculados para eventos de duas estações diferentes, a estação Itajubá, no rio Sapucaí, e a estação PCH Ninho da Águia Montante, localizada no rio Santo Antônio. Essas estações estão localizadas em Municípios vizinhos, sendo que o rio Santo Antônio é afluente do Sapucaí. Para a separação do escoamento foi utilizado o método de separação gráfica. Da totalidade dos eventos estudados, três foram descartados pelo fato de apresentarem resultados anormais para o estudo, sendo que a justificativa é que exista alguma perturbação na vazão medida que ocasionou esse problema. Os valores médios de n e k para a estação Itajubá foram de 8,63 e 15,81, respectivamente, enquanto para a estação PCH Ninho da Águia Montante esses mesmos valores foram 4,13 e 10,03. A média dos valores de R² foram de 0,48 e 0,51, respectivamente, sendo considerado aceitável. Houve boa correlação entre os parâmetros n e k para as duas estações, sendo maior na de Itajubá. No que tange ao tempo de pico (tp), houve maior correlação deste com o parâmetro n na estação Itajubá, enquanto ocorreu o contrário quando se analisou a correlação entre a vazão de pico (Qp) e o parâmetro k. Os dados obtidos mostraram que a modelagem se mostrou eficiente e a aplicabilidade do modelo foi satisfatória.
Acesso aberto (Open Access)
Análise do processo chuva-vazão utilizando o hidrograma unitário conceitual de Nash na bacia hidrográfica do rio Santana
(Universidade Federal de Alfenas, 2021-02-23) Terra, Thiago Augusto; Gonçalves, Flávio Aparecido; Silveira, Alexandre; Lucas, Murilo César
O processo de transformação da vazão é tópico vital e desafiador na área de Hidrologia. Por se tratar de um fenômeno complexo, a transformação da chuva em vazão pode ser feita usando modelos numéricos computacionais. Os modelos numéricos podem auxiliar no entendimento dos processos relevantes da chuva-vazão em bacias hidrográficas. No entanto, desses modelos geralmente envolve muitos de parâmetros, principalmente os modelos (semi-)distribuídos. A determinação dos parâmetros da modelagem chuva-vazão é custosa em termos de tempo e valor financeiro porque depende de dados medidos em campo, em laboratório e/ou por sensoriamento remoto. Por outro lado, há modelos matemáticos (não numéricos) que não dependem muitos parâmetros para a transformação chuva-vazão. Por exemplo, o modelo do hidrograma unitário de Nash (1957) considera a bacia hidrográfica como um sistema linear que é função de apenas dois parâmetros: número de reservatórios (n); e taxa de decaimento (k). Além disso, o valor desses dois parâmetros é obtido usando séries temporais de precipitação e vazão. O objetivo desse estudo é determinar um hidrograma unitário de Nash representativo para a bacia hidrográfica do Rio Santana, Estado do Rio Grande do Sul. Serão utilizados 42 eventos de precipitação para analisar a influência dos parâmetros sob a vazão de pico e o tempo de pico. Para a separação do escoamento subterrâneo foi utilizada a análise gráfica.; A determinação dos parâmetros n e k foi feita usando o método dos momentos e a convolução do vetor de escoamento superficial unitário. Os resultados de n e k foram iguais a 4,37 e 22,91, respectivamente. considerando a média dos 42 eventos de precipitação. Foi observada uma forte correlação (r = -0,73) entre os parâmetros n e k. A vazão de pico e o tempo de pico apresentaram forte correlação (r = 0,63) com k e o tempo de pico apresentou forte correlação (r = 0,42) com n. Portanto, o hidrograma unitário de Nash pode ser utilizado para transformação chuva-vazão na área de estudo, porque atingiu um nível de correlação satisfatório, com coeficiente de determinação igual a 0,797.
Acesso aberto (Open Access)
Caracterização hidrológica e hidrossedimentológica em bacia hidrográfica com finalidades experimentais
(Universidade Federal de Alfenas, 2019-02-28) Valentino, César Henrique; Gonçalves, Flávio Aparecido; Sardinha, Diego De Souza; Souza, Antônio Donizetti Gonçalves De
Objetivou-se com este trabalho fazer a caracterização hidrológica e hidrossedimentológica da Bacia Hidrográfica do Córrego do Chapadão (BHCC), fazendo desta uma Bacia Hidrográfica Experimental para desenvolvimento de trabalhos relativos aos estudos de recursos hídricos e ambientais. De maneira específica, foi realizada a caracterização da relação chuva-deflúvio e analisado a relação da erosividade das chuvas com a produção de sedimentos. Foi realizada a caracterização fisiográfica da bacia hidrográfica e sua instrumentação, com a instalação de uma estação fluviométrica na seção de controle, exutório da bacia. De dezembro de 2017 a outubro de 2018 coletou-se dados de velocidade de escoamento e nível d'água para a construção da curva-chave da seção de monitoramento, bem como os dados de Concentração de Sólidos Suspensos (CSS), que permitiram elaborar uma curva de descarga de sedimentos para determinação da Massa Total de Sólidos Suspensos (MSST) carreados em eventos erosivos do período estudado. Para alguns eventos erosivos classificados verificaram-se os valores de coeficiente runoff por uma analogia ao Método Racional e aplicou-se também o Método do Curva-Número. Os valores encontrados para o coeficiente de escoamento superficial foram de 0,01 a 0,57 e seu comportamento pôde ser relacionado diretamente à precipitação do evento e as condições de umidade do solo. O Método do Curva-Número indicou que o solo na região possui elevado potencial de infiltração. Os valores de CN e da infiltração potencial para as condições de umidade antecedente do solo AMC I, AMC II e AMC III foram respectivamente, 22,23 e 888,6mm; 44,60 e 315,5mm, 60,18 e 168,1mm. A comparação da lâmina escoada por diferentes métodos mostraram que o Hidrograma é o mais indicado para a área estudada. A relação entre a MSST e a erosividade das chuvas analisadas retornou um valor interessante da erodibilidade do solo na região, embora mais estudos sejam necessários nesse sentido.
Acesso aberto (Open Access)
Estudo temporal e quantitativo de outorgas de domínio da união da bacia hidrográfica do Rio Grande na vertente mineira
(Universidade Federal de Alfenas, 2023-10-27) Resende, Luana Auxiliadora De; Gonçalves, Flávio Aparecido; Carneiro, Romero Francisco Vieira; Sardinha, Diego De Souza
Este estudo se concentra nas outorgas emitidas de domínio da União da parte mineira da Bacia Hidrográfica do Rio Grande (BFRG), situada na região hidrográfica do Paraná, no sudeste do Brasil, que desempenha um papel estratégico na Gestão dos Recursos Hídricos nacional devido à sua abundância de rios e sua localização. A BHRG vertente mineira está subdividida em 8 Unidades de Gestão Hídrica (UGHs), cada uma sob a coordenação dos respectivos comitês estaduais. Assim, a análise das outorgas hídricas é destacada como uma ferramenta essencial para regulamentar o uso da água. Neste sentido, o objetivo geral deste trabalho é realizar um estudo temporal e quantitativo das outorgas emitidas pela Agência Nacional de Águas e Saneamento Básico (ANA) na parte mineira da bacia hidrográfica do Rio Grande, analisando o histórico dos anos de 2013 a 2022. Desta maneira as informações relevantes para o presente trabalho, foram retiradas da base de dados disponíveis no site da ANA. Os dados foram submetidos a uma análise detalhada, interpretados e, em seguida, passaram por um processo de tratamento, no qual as outorgas foram selecionadas com base no período desejado. Por fim, foram elaborados os gráficos e mapas de acordo com as outorgas emitidas durante os anos de 2013 a 2022 na BHRG no estado de Minas Gerais. Neste trabalho, foi verificado um total de 2.050 outorgas deferidas durante o período de ano 2013 a 2022 que se encontrava na BHRG com abrangência no estado de Minas Gerais. A demanda total de vazão é de 34,58 m3 .s-1 Destaca-se que a irrigação apresenta como a principal finalidade de consumo da água na Vertente Mineira da BHRG, com representatividade de 53% das outorgas deferidas e corresponde a 12,56 m3.s-1 de vazão. Dentre as Unidades de Gestão de Recursos Hídricos (UGHs), a GD3 e GD8 são as maiores emissoras de outorgas.
Acesso aberto (Open Access)
Índices de sustentabilidade hídrica com base na pegada hídrica cinza em nível de bacia hidrográfica
(Universidade Federal de Alfenas, 2019-02-28) Masteghin, Ligia Tambasco; Gonçalves, Flávio Aparecido; Silveira, Alexandre; Latuf, Marcelo De Oliveira
Objetivou-se com este trabalho estabelecer uma metodologia que possibilitasse um melhor entendimento da gestão dos recursos hídricos sob o ponto de vista da sustentabilidade hídrica de um curso d’ água. Para tanto, foi proposto um método para o cálculo da vazão de subsídio. Esta metodologia pode ser aplicada em qualquer bacia hidrográfica que disponha de informações de lançamento de cargas de poluente em seus cursos d’água. Neste estudo, a metodologia foi aplicada para a Bacia Hidrográfica do rio Paraíba do Sul. A vazão de subsídio foi correlacionada com vazões mínimas de referência por meio de Índices de Sustentabilidade Hídrica (ISH). Alguns cenários futuros e seus impactos na gestão dos recursos hídricos na bacia hidrográfica estudada foram avaliados. A proposição do modelo da vazão de subsídio que envolveu fatores de diluição ligados às concentrações de efluentes (DBO) que passam pela estação de tratamento de esgoto e àquelas provenientes de esgoto bruto foi capaz de estimar as vazões necessárias à diluição, para os dois cenários analisados, atual e futuro (2013 e 2035). A correlação das vazões de subsídios com as vazões mínimas de referência, por meio dos ISH, mostrou que o cenário futuro (2035) melhora as condições as condições físicas, químicas e biológicas da maioria dos corpos hídricos, uma vez que 70,5% dos rios e córregos apresentaram valores abaixo da unidade (ISH <1) quando comparado com o cenário atual (2013), em que este percentual é de 55%. A melhor alternativa avaliada diz respeito à alteração das eficiências originais, das Estações de Tratamento de Esgoto (ETE) já existentes no sistema, e das ETE criadas para tratar todo o esgoto bruto, pois, após tais mudanças, considerando o cenário atual, em apenas um curso d’água (aproximadamente 1%) a condição da vazão de subsídio ser inferior à vazão de referência não é atendida, enquanto para o cenário futuro, 100% dos rios e córregos passam a atender tais condições. E, dessa forma, a vazão de subsídio que tem sua metodologia baseada na pegada hídrica cinza pode ser considerada como um instrumento de gestão dos recursos hídricos, utilizada para avaliar impactos e situações de degradabilidade do meio aquático, tornando-se importante nas tomadas de decisões para prevenção ou remediação de impactos ambientais.
Acesso aberto (Open Access)
Modelagem chuva-vazão: correlação entre coeficiente CN e abstração inicial do Método Curva Número
(Universidade Federal de Alfenas, 2024-09-06) Costa, Felipe Luiz Quinalha; Gonçalves, Flávio Aparecido; Gonçalves, Flávio Aparecido; Tiezzi, Rafael De Oliveira; Junker, Paulo Henrique Bretanha
O escoamento superficial é um dos principais componentes do ciclo hidrológico. Por meio do Método Curva Número, da equação de correlações de valores estimados de CN e da base de metadados da ANA referentes a valores de CN baseados em características específicas, discorreu-se as análises desta pesquisa. Assim, as propostas no presente estudo, foram (1) determinar o melhor método de separação de escoamento para os eventos analisados; (2) correlacionar valor de CN, coeficiente de vazão máxima e coeficiente de abstração inicial e confrontar com valores metadados de CN; (3) comparar três estações com vazões e áreas de drenagem distintas e validar a influência da área de drenagem sobre o escoamento. A hipótese central deste estudo é que a influência da área de drenagem das bacias hidrográficas afeta significativamente a precisão dos parâmetros utilizados no Método Curva Número (CN) para a estimativa do escoamento superficial. E a principal contribuição científica deste trabalho é a validação e aprimoramento do Método Curva Número (CN) com base em dados empíricos e análise da área de drenagem detalhada. Para isso, utilizou-se 10 bacias hidrográficas, obtidos pela base de dados da Agência Nacional de Águas e Saneamento Básico (ANA). Os resultados indicaram que o método de separação gráfica foi mais efetivo para a separação entre escoamentos superficiais e subterrâneos. Relacionados as comparações entre o coeficiente de abstração inicial, de 0,200 da literatura e 0,138 (Barbosa, 2021), 60% dos valores estimados utilizando o coeficiente de 0,138 ficaram mais próximos aos valores calculados pelo Método Curva Número, mostrando-se mais eficaz para as bacias hidrográficas estudadas. Para o confronto com valores metadados de CN médios, fornecidos para Catálogo Metadados da ANA, 80% dos valores médios estimados ficaram abaixo, visto que foi comparado valores médios estimados com valores metadados CN médios, o que justifica a variação. Essa variação de CN foi de 21% em média. Já no que se refere as influências, a comparação entre bacias hidrográficas de São Martinho, Pirai e Itaú de Minas mostram a grande relevância das características específicas, quando verificado os valores de escoamento superficial para cada área de estudo. Além disso, para verificação da influência da área de drenagem, a comparação entre as bacias hidrográficas de Piracicaba e Pirassununga, as quais possuem áreas de drenagem na mesma ordem de grandeza, 9000 km², as variações de valores de CN estimados com valores metadados de CN, foram de 30% e 23%, gerando grandes impactos no escoamento superficiais, consequentemente. Dessa maneira, evidencia que a influência de outros parâmetros é mais relevante que a área de drenagem.
Desconhecido
Modelagem chuva-vazão: uma proposta metodológica à análise do coeficiente de abstração inicial do Método Curva Número
(Universidade Federal de Alfenas, 2021-02-22) Barbosa, Leonardo Santos; Gonçalves, Flávio Aparecido; Sardinha, Diego De Souza; Menezes, Paulo Henrique Bretanha Junker
O Método Curva Número (CN) é um dos mais utilizados para a previsão do escoamento superficial direto a partir da conversão de chuva em uma bacia hidrográfica. Entretanto, apresenta incertezas quanto a sua utilização, pois depende de parâmetros fisiográficos, característicos de cada área, além da suposição de que o coeficiente de abstração inicial, pode ser definida pela constante 0,200. As propostas deste estudo foram (1) contribuir com uma proposta metodológica para analisar o coeficiente de abstração inicial a partir de dados chuva-vazão; (2) caracterizar os eventos de chuva-vazão e a separação dos escoamentos superficial e subterrâneo por diferentes métodos; (3) caracterizar o coeficiente de abstração inicial (λ) e o Curva Número (CN); (4) correlacionar as lâminas de escoamentos superficiais observadas com as estimadas por diferentes coeficientes de abstração inicial (λ). Foram utilizados 43 eventos para a Bacia Hidrográfica Rio Santana, obtidos por meio do portal da Agência Nacional de Águas e Saneamento Básico (ANA). Os resultados indicaram que o método de separação gráfica, para esta bacia de estudo, gerou os melhores dados para análises dos parâmetros obtidos por meio do método curva número. O coeficiente de abstração inicial variou entre 0,006 e 0,376, apresentando uma média de 0,138, menor que o proposto originalmente pelo método. A análise dos dados de escoamento superficial em blocos, possibilitada pela confirmação da distribuição normal dos dados de coeficiente de abstração inicial, gerou maiores correlações entre as lâminas estimadas e observadas, o que pode caracterizar uma menor influência dos parâmetros fisiográficos e maior concentração no comportamento hidrológico do conjunto de dados. Para os dados de vazões máximas, as análises em blocos não foram satisfatórias, entretanto, para os valores menores que 50 m³. s -1, obtivemos uma correlação entre vazões estimadas e observadas. Uma nova proposta metodológica é benéfica para obtenção de resultados em bacias não estudadas, visto sua facilidade e simplicidade de aplicação.
Desconhecido
Tamanho ideal de séries históricas de vazões: uma abordagem considerando parâmetros de médias e vazões mínimas de referências
(Universidade Federal de Alfenas, 2021-08-30) Oliveira, Thamyres Cardoso Chaves; Gonçalves, Flávio Aparecido; Santos, Thais Emanuelle Monteiro Dos; Silveira, Alexandre
O presente trabalho procura contribuir com o conhecimento do regime hidrológico, muito importante para a tomada de decisões acerca do gerenciamento dos recursos hídricos disponíveis em uma bacia hidrográfica. O uso de séries históricas de registros hidrológicos é uma das ferramentas base para tal gestão, pois fornece informações sobre disponibilidade hídrica, verificação de tendências ao longo dos anos, além de serem essenciais para o dimensionamento de obras hidráulicas e para a gestão dos recursos hídricos, entre outros. Contudo, diversas regiões não possuem registros históricos com número de dados suficientes para se realizar estes estudos. Por isso, muitas vezes, se trabalhar com séries com muitos anos de registros de dados diários não é possível. Dessa forma, objetivou-se com este trabalho definir o tamanho de série amostral ideal para séries históricas de vazões mínimas, máximas e médias. Para isso, foram utilizadas 19 estações fluviométricas da Região Hidrográfica Paraná (RHP) e outras 35 da Região Hidrográfica São Francisco (RHSF), totalizando 54 estações, com o critério de possuir, no mínimo, 50 anos de registro de dados diários. Foram geradas séries de mínimas, máximas e médias anuais para cada uma das estações. Para a série de mínimas, aplicou-se os testes não-paramétricos de aleatoriedade, estacionariedade, independência e homogeneidade com a finalidade de verificar se as estações são aptas a serem trabalhadas com distribuições de probabilidade. Em seguida, o teste de aderência de Kolmogorov-Smirnov foi aplicado com a finalidade de verificar a melhor distribuição ajustada para cada estação. As séries de vazões mínimas foram analisadas a partir de Q7, Q7,10, Q90% e média. As séries de vazões máximas e médias foram analisadas por meio da Q90% e das médias. Para todos os casos, foram analisadas as séries completas (com todos os anos disponíveis na série histórica original) e as séries parciais (constituídas aleatoriamente com tamanhos pré-definidos de 10; 20; 30; 40; 50; 60; 70; 80; e 90% da série completa, além da normal climatológica). Os resultados das séries parciais foram confrontados com os resultados das séries completas por meio de dois testes, a saber: PBIAS; e teste “t” de Student, a fim de verificar a diferença estatística entre elas. Para os parâmetros analisados com as séries de vazões mínimas, séries com tamanhos a partir de oito anos de dados se mostraram semelhantes estatisticamente aos resultados obtidos com as séries completas. Em relação às vazões de máxima e média, a análise do parâmetro média das séries parciais se mostrou estatisticamente próxima das séries completas a partir de sete anos de dados. Para a análise de Q90%, contudo, houve grande variação dos resultados, inclusive para as séries maiores e para as normais climatológicas. Neste caso específico, verificou-se que quanto maior a série utilizada, melhor.

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