Abstract Adequate availability of data directly influences the quality of hydrological studies. In this sense, procedures for filling gaps of observations are often applied in order to improve the length of hydrological series. One technique that can be used is the Artificial Neural Network (ANN), which process information from input data creating an output. This study aims to evaluate the application of ANN to fill missing data from monthly average streamflow series at Rio do Carmo Basin in the state of Minas Gerais, Brazil. A 26-years series (from 1989 to 2012) was used for ANN modelling while the two proceeding years, 2013 and 2014, were used to simulate failures pursuant to evaluating the performance of the ANN. The ANN construction was performed by the software WEKA that uses the multilayer perceptron model with sigmoidal activation functions. Four types of ANN were generated: five attributes and two (MLP1) or five (MLP2) neurons; and with three attributes and one (MLP3) or three (MLP4) neurons. The best-fit model to ANN was the MLP1, verified by Pearson correlation coefficients (0.9824), and coefficient of determination r² (0.9646). The model used five attributes, four input data (year, month, streamflow data from Acaiaca and Fazenda Paraíso stations) and one output data (streamflow from Fazenda Oriente station), that considered the temporal variation of streamflow. Hence, the utilization of the ANN generated by the WEKA was adequate and can be considered a simple approach, not requiring great computational programming knowledge.

Resumo Este estudo tem como objetivo criar mapas temáticos de chuvas intensas para o Brasil para durações de 5, 30, 60 e 120 minutos e período de retorno de 5 anos (T). As relações intensidade-duração-frequência (IDF) utilizadas foram compiladas a partir de estudos encontrados na literatura (798 locais) e estimadas para 4411 estações pluviométricos disponíveis no sistema de informações Hidroweb, totalizando dados de 5209 estações. Para a derivação das relações IDF, se utilizou a distribuição de probabilidade de Gumbel com parâmetros estimados pelo método dos momentos e aderência da distribuição verificada pelo teste de Kolmogorov-Smirnov. Os valores das intensidades de precipitação obtidos pelas relações IDF foram espacializados em um Sistema de Informações Geográficas, permitindo a criação de mapas temáticos. Os mapas temáticos permitem obter intensidades de precipitação para locais sem dados de pluviometria e/ou dados de séries temporais precários. Portanto, esses mapas são uma ótima ferramenta para o projeto de construções hidráulicas relacionadas à drenagem urbana e rural.

Abstract This study created thematic heavy rainfall maps for Brazil, with durations of 5-, 30-, 60- and 120 minutes and 5 years of return period (T). The intensity-duration-frequency (IDF) relationships used were compiled from studies found in the literature (798 locations) and derived for 4411 rainfall gauges available in the Hidroweb information system, totaling 5209 rainfall data collected. To derive IDF relationships, Gumbel's probability distributions were used, with parameters estimated by the method of moments. Distribution adequacy was verified by the Kolmogorov-Smirnov test. Rainfall-intensity values obtained by IDF relationships were spatialized in Geographic Information Systems, allowing elaboration of the thematic maps. Thematic maps enable obtain rainfall intensities for places without rain gauge data and/or precarious time-series data. Therefore, these maps are a great tool for the design of hydraulic structures related to urban and rural micro-drainage.

Abstract The aim of this work is to evaluate the performance of upflow anaerobic fixed bed reactors filled with espresso coffee capsules to treat sanitary sewage. Three reactors (R1, R2 and R3) were constructed in blue PVC pipes measuring 30 cm height and 150 mm diameter and filled with coffee capsules made of aluminum and plastic. The sewage from the pre-treatment phase of the wastewater treatment plant of the Federal University of Lavras fed the system. Temperature, pH, alkalinity and volatile acids concentration, COD, TS, TVS and TSS of the influent and effluent were analyzed to evaluate the reactors performances. Statistics tests were run in the software Statistica 10. Changes occurred in the organic loading rates caused two different operating phases, one at an OLR of 2.1 kg COD m-3d-1 and another at 4.0 kg COD m-3d-1. The average temperature during the monitoring period was 18°C. In spite of the operating conditions variations, the reactors showed satisfactory performances, presenting COD efficiency removals up to 80% in both phases. The capsules characteristics were similar to other materials used as support. Hence, it is possible to utilize coffee capsules as support material in anaerobic reactors, providing satisfactory pollutants removal efficiencies.

RESUMO O uso e a ocupação do solo alteram sensivelmente os processos físico-químicos e biológicos dos sistemas naturais. Dessa forma, os mananciais de superfície são integradores dos fenômenos ocorrentes sobre a área da bacia hidrográfica. Assim, os objetivos do trabalho foram explorar a variabilidade temporal e espacial da qualidade da água e avaliar as possíveis relações entre os padrões de uso e ocupação do solo da bacia hidrográfica do Ribeirão Vermelho. Foram coletadas amostras de água em dois períodos (verão e inverno) e em 15 seções ao longo do curso d'água. Verificou-se forte influência temporal e espacial na qualidade das águas, e foram apresentadas no período de inverno as maiores concentrações de nutrientes (Cl-, P, NO3 -), condutividade elétrica e matéria orgânica. Esses valores interferem nos valores do Índice de Qualidade da Água, que varia entre 84 e 9 no período do verão e 66 e 6 no inverno. Quanto à trofia dos mananciais, foram encontrados valores médios de Índice de Estado Trófico de 30 no período chuvoso e de 93 no inverno. No tocante aos padrões de uso do solo, observaram-se fortes relações na qualidade da água nos dois períodos avaliados; a principal fonte de contaminação são as áreas urbanas. O Ribeirão Vermelho e seus afluentes apresentam forte influência das formas de uso e ocupação do solo confirmada pela entrada de matéria orgânica e de nutrientes nos sistemas hídricos por meio do lançamento de esgoto doméstico sem tratamento e pela agropecuária na rede de drenagem da bacia.

ABSTRACT Land use significantly alters the physicochemical and biological processes of natural systems. Thus, surface water sources are integrators of phenomena occurring on the catchment area. In this way, the study aimed to explore the spatial and temporal variability of water quality, and to assess the possible relationships between patterns of land use of the Ribeirão Vermelho basin. Water samples were collected in two periods (summer and winter) and in 15 sections along the watercourse. There has been strong temporal and spatial influence on water quality, and winter period showed the highest nutrient concentrations (Cl-, P, NO3 -), electrical conductivity and organic matter. These values influence the values of the Water Quality Index, ranging from 84 to 9 in the summer period and 66 to 6 in the winter. With respect to trophic conditions of water sources, average values of Trophic State Index of 30 were verified during the rainy season and 93 in winter. Regarding land use patterns, strong relationships in water quality in both periods were observed, the main source of contamination are urban areas. Ribeirão Vermelho and its effluent have shown strong influence of the forms of land use and occupation evidenced by the input organic matter and nutrients in water systems through domestic sewage release untreated and by agriculture in the drainage system of the basin.

Os modelos matemáticos utilizados para simular a qualidade da água e o processo de autodepuração de corpos d'água são importantes ferramentas de auxílio à gestão dos recursos hídricos. Assim, o objetivo deste trabalho foi avaliar o impacto da poluição orgânica na qualidade da água e a capacidade de assimilação da matéria orgânica no Ribeirão Vermelho. Para essa finalidade, foi desenvolvido e testados os coeficientes de desoxigenação (K1) e reaeração (K2), em três trechos e em dois períodos distintos (verão e inverno). Os maiores valores de K1 e K2 foram obtidos durante o inverno, onde foram registrados as menores vazões. A simulação do processo de autodepuração foi realizada com o uso do modelo de Streeter-Phelps. A simulação do perfil de OD e DBO no verão apresentou calibração aceitável, tendo em vista a otimização dos coeficientes, evidenciando a prevalência da desoxigenação por demanda carbonácea sobre a nitrificação e a importância da reaeração natural no processo de autodepuração. Comportamento diferente foi observado no inverno, no qual os altos valores de produtividades sobressaíram no processo de reaeração no ribeirão. Apenas o parâmetro demanda bioquímica de oxigênio não respeitou os limites preconizados pela Resolução do Ministério do Meio Ambiente 357/2005, tendo ficado em toda a extensão do rio e, em ambos períodos, fora da regulamentação. Desta forma, conclui-se que o Ribeirão Vermelho não consegue se auto depurar ao longo de sua extensão até a foz, tendo a qualidade de suas águas influenciadas por lançamentos de efluentes que intensifica o processo de degradação do rio.

Mathematical models used to simulate the water quality and the processes of self-purification of water bodies are important tools to support effective water resource management. The objective of this study was to evaluate the impact of organic pollution on water quality and the assimilative capacity of organic matter in the Ribeirão Vermelho stream situated in the city of Lavras in Minas Gerais. The deoxygenation rate (K1) and reaeration (K2) were determined and tested in three segments of the Ribeirão Vermelho over two seasons (summer and winter). The purification process simulation was performed using the Streeter-Phelps model. The highest K1 and K2values occurred during the winter period which was characterized by lower flows. Simulation of the dissolved oxygen profile and biological oxygen demand fitted the model well, indicating the prevalence of carbonaceous deoxygenation due to nitrification and also demonstrating the importance of natural reaeration as part of the purification process. Different response was observed during the winter, in which the high primary productivity values stood in the reaeration process stream. Biological oxygen demand values did not meet the limits recommended by the Resolution of the Ministry of the Environment 357/2005 throughout the river system and the entire study period. In conclusion, the Ribeirão Vermelho is unable to self-purify along its entire length, and water quality is influenced by effluent discharge which intensifies degradation.