ABSTRACT The objective of this study was to analyze the influence of climate change on the flow duration curves of five small rural catchments in the Amazon, as well as the hydroelectric power duration curves of micro hydroelectric power plants (MHPs) which can be implemented in the respective hydroelectric sites. The scenarios used were RCP 4.5 and RCP 8.5, defined during the 5th IPCC Report; these are the main optimistic and realistic greenhouse gas emission scenarios in the future. They projected on the flow duration curves of the small catchments under study and, consequently, on the hydroelectric power duration curves. Future precipitation was obtained via the PROJETA platform. For the simulation of flow duration curves, a rainfall-runoff model was used. The determination of the power duration curves was considered with the observed and simulated flow duration curves and with design parameters available in the literature. Based on the simulations, the reduction of high duration flows (minimum flows) was verified for the future scenarios studied, mainly for RCP 8.5, reflecting directly in the reduction of the hydro energetic potential of the analyzed rural catchments.

ABSTRACT The objective of this study was to evaluate the contribution of the organic load to Tucunduba Igarapé. The data were collected over 12 h for continuous analysis of physical variables, and every 3 h for physicochemical analysis. The cross-sectional profile and flow rate were measured using an accustic doppler current profile, and the load of organic matter was estimates using equations. Three distinct flow periods were verified, two of which were governed by the hydrodynamics of the Guamá River estuary and the other by unidirectional flow from Tucunduba Igarapé to the Guamá River estuary. The organic loads of biochemical oxygen demand (0,03 kg d-1 – 0,07 kg d-1) produced in Igarapé is greater than the contributions from the Guamá River estuary. The Guamá River estuary exerts a positive effect on the Igarapé by dispersing the produced organic loads and aiding its capacity for self-purification.

RESUMO O objetivo deste trabalho foi avaliar a contribuição da carga orgânica o Igarapé Tucunduba. Os dados foram coletados durante 12 h, com análises contínuas para variáveis físicas e a cada 3 h para físico-químicas. O perfil da seção transversal e a vazão foram medidos usando Accustic Doppler Current Profile e a carga de matéria orgânica estimada usando equações. Foram verificados três períodos distintos de vazões, sendo dois regidos pela hidrodinâmica do estuário do rio Guamá e outro pelo fluxo unidirecional do Igarapé Tucunduba para o estuário do rio Guamá. A carga orgânica de demanda bioquímica de oxigênio (0,03 kg d-1 – 0,07 kg d-1) produzida na bacia é maior do que a contribuição do estuário do rio Guamá. O estuário do rio Guamá exerce um efeito positivo nesta bacia por dispersar as cargas orgânicas produzidas e por auxiliar sua capacidade de autodepuração.

Abstract Data insufficiency is one of the main challenges faced in hydrological studies, including a lack of knowledge regarding flow duration curves (FDCs). Thus, homogeneous regions of streamflow were identified in the Amazon using the Fuzzy C-Means (FCM) method. The PBM index was used to validate the clustering obtained via FCM, in turn, a homogeneity test based on the L-moment was applied to confirm the homogeneity in each defined region. Linear, power, exponential, logarithmic, quadratic and cubic mathematical models were fitted to the FDCs observed in the homogeneous regions. The models are the result of multiple regression analyses involving the parameters of the fitted FDC and the physico-climatic characteristics of the watersheds. The models were validated using the Jack-knife cross-validation method. The validation was satisfactory, with NASH coefficients higher than 0.50. Additionally, the standard deviation (RSR) of observations was less than 0.70, and the averages of the relative mean square error did not exceed 12.26%. These results are relevant for 89.91% of the analyzed watersheds and 73.58% of the study area. Thus, FDCs may be estimated in large parts of the Amazon, thereby making the methodology presented a valuable tool to support projects involving the planning and management of water resources.

Resumo Estudos sobre a probabilidade de chuvas e suas variações espaço-temporais são importantes para o planejamento de recursos hídricos e otimização do calendário de atividades agrícolas. O presente estudo identifica a ocorrência de chuvas pela cadeia de Markov de primeira ordem (CM) e por dois estados da bacia hidrográfica do rio Tapajós (BHRT), Amazônia, Brasil. A análise de agrupamento (AC), baseada no método de Ward, classificou regiões homogêneas e selecionou a amostra para verificar a probabilidade de ocorrência de chuvas por estação. A série histórica de dados diários de precipitação de 80 estações compreendendo o período de 1990-2014 foi usada. A técnica AC identificou 8 regiões homogêneas e suas probabilidades de ocorrência de chuvas, auxiliando assim no estabelecimento de períodos com maior necessidade de agricultura irrigada de acordo com a região. Os resultados sobre a probabilidade de ocorrência de períodos secos e chuvosos na bacia definiram as estações seca (maio a setembro) e chuvosa (outubro a abril). Elementos das probabilidades da matriz de transição mostraram variabilidade em relação ao tempo e, além disso, a influência da posição geográfica da precipitação sazonal na determinação dos períodos seco e chuvoso em locais específicos na bacia do rio Tapajós.

Abstract Studies on the probability of rainfall and its spatiotemporal variations are important for the planning of water resources and optimization of the calendar of agricultural activities. This study identifies the occurrence of rain by first-order Markov Chain (MC) and by two states in the Tapajos River Basin (TRB), Amazon, Brazil. Cluster analysis (CA), based on the Ward method, was used to classify homogeneous regions and select samples for checking the probability of rainfall occurrence by season. The historical series of daily rainfall data of 80 stations were used for the period 1990-2014. The CA technique identified 8 homogeneous regions and their probability of occurrence of rainfall, helping to determine which regions and periods have greater need of irrigation. Results of the probability of occurrence of dry and rainy periods in the TRB were used to define the dry (May thru September) and rainy seasons (October thru April). Elements of the matrix transition probabilities showed variability in relation to time and, in addition, the influence of geographical position of seasonal rainfall in determining dry and rainy periods at specific sites in the TRB.

Resumo A Universal Soil Loss Equation (USLE) é um modelo no qual a perda de solo é o produto de vários índices, entre eles o de erosividade da chuva (R). Este fator identifica quando ocorre o maior risco de erosão hídrica. Objetivou-se analisar a influência do ENOS (El Niño Oscilação Sul) e Dipolo do Atlântico sobre o fator R em Belém (PA). As erosividades de 1986 a 2015 foram classificadas quanto à intensidade. Os eventos ENOS também foram classificados para se avaliar uma possível influência de sua amplitude. O Índice de Oscilação do Niño (ION) foi usado para verificar a ocorrência do ENOS. Para analisar o Dipolo do Atlântico, foram utilizados os índices TNA (Tropical Northern Atlantic) e TSA (Tropical Southern Atlantic), pois este fenômeno interfere diretamente no principal sistema atmosférico da região, a Zona de Convergência Intertropical (ZCIT). Análises de correlação de Pearson e regressão linear foram determinadas entre o R e os índices climáticos. Assim, foram observadas menores erosividades em anos de El Niño intenso, obtendo-se maiores coeficientes de correlação. Coincidência de La Niña intenso com Dipolo Negativo também representaram maiores coeficientes de correlação, significando o aumento da erosividade. Houve fraca correlação da erosividade durante Dipolo Positivo.

Abstract The Universal Soil Loss Equation (USLE) is a model in which soil loss is the product of several indices, including rainfall erosivity (R). This factor identifies when the greatest risk of water erosion occurs. The objective of this study was to analyze the influence of ENOS (El Niño Southern Oscillation) and Atlantic Dipole on the R factor in Belém (PA). Erosivities from 1986 to 2015 were classified according to intensity. ENSO events were also classified to evaluate a possible influence of their amplitude. The Niño Oscillation Index (ION) was used to verify the occurrence of ENSO. In order to analyze the Atlantic Dipole, the TNA (Tropical Northern Atlantic) and TSA (Tropical Southern Atlantic) indices were used, because this phenomenon directly interferes in the region’s main atmospheric system, the Intertropical Convergence Zone (ZCIT). Pearson correlation analysis and linear regression were determined between R and climatic indexes. Thus, lower erosivities were observed in years of intense El Niño, obtaining higher correlation coefficients. Coincidence of intense La Niña with Negative Dipole also represented higher correlation coefficients, meaning the increase of erosivity. There was a weak correlation of erosivity during Positive Dipole.

RESUMO O conhecimento da precipitação é indispensável para estudos hidrológicos e climáticos, que subsidiam projetos de sistemas de abastecimento de água, saneamento e drenagem; controle de inundações, erosão e reservatórios; produção agrícola e hidrelétrica, transporte hidroviário, entre outros. Nesse contexto, buscam-se metodologias para estimar a precipitação em locais sem monitoramento. Assim, os objetivos do trabalho são: i) identificar regiões homogêneas de precipitação na Região Hidrográfica Tocantins‑Araguaia (RHTA) via método fuzzy c-means; ii) regionalizar e estimar a probabilidade de ocorrências de precipitações médias mensais e anuais através de modelos de distribuição de probabilidades; e iii) regionalizar e estimar lâminas de precipitação através de modelos de regressão múltipla. Nesse caso, foram identificadas 3 regiões homogêneas de precipitação e os resultados dos parâmetros de desempenho dos modelos regionais de distribuição de probabilidades foram satisfatórios para estimativas de precipitações médias mensais e anuais. Os resultados dos modelos regionais de regressão múltipla revelaram que as precipitações médias anuais são estimadas satisfatoriamente. Já no caso de precipitações médias mensais, as estimativas dos modelos de regressão múltipla só foram satisfatórias quando os meses foram distribuídos em secos e chuvosos. Assim, constata-se que a metodologia desenvolvida pode ser aplicada para estimativas de precipitação em locais sem monitoramento da RHTA.

ABSTRACT Knowledge about precipitation is indispensable for hydrological and climatic studies because precipitation subsidizes projects related to water supply, sanitation, drainage, flood and erosion control, reservoirs, agricultural production, hydroelectric facilities, and waterway transportation and other projects. In this context, methodologies are used to estimate precipitation in unmonitored locations. Thus, the objectives of this work are to i) identify homogeneous regions of precipitation in the Tocantins-Araguaia Hydrographic Region (TAHR) via the fuzzy c-means method, ii) regionalize and estimate the probability of occurrence of monthly and annual average precipitation using probability distribution models, and iii) regionalize and estimate the precipitation height using multiple regression models. Three homogeneous regions of precipitation were identified, and the results of the performance indices from the regional models of probability distribution were satisfactory for estimating average monthly and annual precipitation. The results of the regional multiple regression models showed that the annual mean precipitation was satisfactorily estimated. For the average monthly precipitation, the estimates of multiple regression models were only satisfactory when the months used were distributed in the dry and rainy seasons. Therefore, our results show that the methodology developed can be used to estimate precipitation in unmonitored locations in the TAHR.

Resumo O aproveitamento de energia remanescente, através da implantação de parques hidrocinéticos, em reservatórios de jusante de centrais hidrelétricas vem ganhando destaque no mundo. Para estimar a quantidade de energia que pode ser extraída de um rio, são necessárias medições in loco, gerando custos consideráveis. Entretanto, através de modelagem fluvial pode-se conhecer os campos de velocidades e profundidades do rio e se estimar a potência instalada de possíveis parques hidrocinéticos. Assim, foram exploradas velocidades e profundidades simuladas via modelo de Saint-Venant 2-D aplicado ao reservatório de jusante da hidrelétrica de Tucuruí. As velocidades foram extrapoladas na direção vertical por meio de uma função logarítmica para determinação do perfil vertical de velocidades. Os diâmetros das turbinas foram definidos em função das profundidades do trecho estudado e de informações disponíveis na literatura. Assim, na seção analisada podem ser instaladas 73 turbinas com potência de aproximadamente 3 MW. Essa potência pode ser maior desde que outras seções sejam avaliadas. Todavia, estudos relativos a impactos ambientais e redução da produção da planta principal devido à redução da altura útil de queda devem ser levados em consideração, antes da instalação de parques hidrocinéticos em reservatórios a jusante de hidrelétricas.

Abstract The exploitation of surplus energy through the setup of hydrokinetic parks in reservoirs downstream from hydroelectric plants is on the increase worldwide. Costly measurements in loco are required in order to estimate the amount of energy that may be extracted from a river. However, river modeling provides river velocities and depths whereby the power of hydrokinetic parks may be estimated. Velocities and depths were simulated with a Saint-Venant 2-D model applied to a downstream reservoir of the Tucuruí hydroelectric dam. Velocities were extrapolated in the vertical direction by means of a logarithmic function to determine the vertical velocity profile, which transfers energy to the turbines. The turbine diameters were defined according to the depths of the studied section and information available in the literature. In the analyzed section, 73 turbines with approximately 3 MW may be installed. Power may be greater if other sections are evaluated. However, studies on environmental impacts and production reduction due to decrease of water level downstream the hydroelectric plant should be taken into account prior to the installation of hydrokinetic plants.

RESUMO Estudou-se a otimização técnico-econômica da geração elétrica de pequenas centrais hidrelétricas (PCH) de baixa queda da Amazônia, objetivando contribuir para estudos hidro energéticos de PCHs. Curvas de permanência de vazões necessárias ao dimensionamento de PCHs foram simuladas com o Modelo Hidrológico Não-linear Simples com Fator de Ganho Sigmoidal (MSV). Devido a sazonalidade climática inerente à Amazônia, a geração hidrelétrica das PCHs foi considerada utilizando duas turbinas hidráulicas axiais em paralelo. Para a otimização técnica, com o programa CARTHA obtiveram-se curvas de carga das turbinas, para estudo da influência da regulagem e relação das potências das turbinas sobre a eficiência energética das PCHs. Conclui-se que PCHs dotadas de turbinas com regulagem dupla apresentam eficiência de 80%, com regulagem do rotor 72% e com regulagem do distribuidor 65%. Para a otimização econômica, estudaram-se três cenários de mercado: desaquecido, neutro e aquecido. Conclui-se que os melhores resultados técnico-econômicos foram obtidos para PCHs com potência total da ordem de 30MW, turbinas iguais, apenas com regulagem do rotor, mercado desaquecido, resultando em Período de Retorno de 1,7 anos e Rentabilidade de 222%.

ABSTRACT The technical and economic optimization of electricity generation by small hydropower plants (SHP) with a low head in the Amazon is studied, in order to contribute to hydro energy studies of these SHP. The flow duration curves (FDC) needed to design hydropower generation were simulated using the Nonlinear Hydrological Model Simple with Sigmoidal Gain Factor (SVM). Due to seasonality inherent to the Amazon, SHP generation was considered using two axial turbines operating in parallel. For technical optimization the CARTHA program was used to obtain the axial turbine load curves, allowing the study of the influence of the type of regulation and the relationship of the powers of the turbines on the energy efficiency of SHP. Plants with double regulation turbines presented an efficiency of 80%, for rotor regulation 72% and for distributor regulation 65%. Three market scenarios were studied for economic optimization: sluggish, neutral and hot. The best technical and economic results were obtained for SHP with total power on the order of 30MW, equal turbines equipped with rotor regulation only, sluggish market, resulting to the return period of 1.7 years and profitability of 222%.

RESUMONa cidade de Belém está localizado o sistema de abastecimento de água potável de sua região metropolitana, que inclui, além desta cidade, mais quatro municípios. Neste complexo de fornecimento hídrico encontra-se o lago Água Preta, que serve como um reservatório para as águas bombeadas do rio Guamá. Devido à grande importância deste lago para este sistema, vários trabalhos foram dedicados ao seu estudo, desde o monitoramento da qualidade de suas águas até a sua modelagem hidrodinâmica. Este artigo apresenta os resultados obtidos pela simulação computacional da dispersão de fósforo dentro deste reservatório a partir da solução numérica da equação bidimensional de advecção-difusão-reação pelo método θ/SUPG. A comparação destes resultados com os dados de concentração do fósforo total coletados no período de novembro de 2008 a outubro de 2009 e fotos de satélite apontam que os maiores poluidores das águas deste lago são os despejos de esgotos domésticos pela população que habita em suas proximidades. Os resultados obtidos indicam a necessidade de mais informações para analises quantitativas mais precisas. Entretanto, eles mostram que o fósforo trazido pelas águas do rio Guamá é consumido em uma área próxima do canal que transporta esta água para dentro do lago. Os depósitos de fósforo no fundo do lago devem ser monitorados para se verificar os seus comportamentos, prevenindo assim a qualidade da água mantida nele.

ABSTRACTIn Belém city is located the potable water supply system of its metropolitan area, which includes, in addition to this city, four more municipalities. In this water supply complex is the Água Preta lake, which serves as a reservoir for the water pumped from the Guamá river. Due to the great importance of this lake for this system, several works have been devoted to its study, from the monitoring of the quality of its waters to its hydrodynamic modeling. This paper presents the results obtained by computer simulation of the phosphorus dispersion within this reservoir by the numerical solution of two-dimensional equation of advection-diffusion-reaction by the method θ/SUPG. Comparing these results with data concentration of total phosphorus collected from November 2008 to October 2009 and from satellite photos show that the biggest polluters of the water of this lake are the domestic sewage dumps from the population living in its vicinity. The results obtained indicate the need for more information for more precise quantitative analysis. However, they show that the phosphorus brought by the Guamá river water is consumed in an area adjacent to the canal that carries this water into the lake. Phosphorus deposits in the lake bottom should be monitored to verify their behavior, thus preventing the quality of water maintained therein.

O presente artigo aborda a regionalização de curvas de permanência de vazões para os rios das regiões hidrográficas da Calha Norte e do Xingu no Estado do Pará. Os modelos tiveram como base de dados 25 estações fluviométricas localizadas nas referidas regiões. As curvas de permanência foram calibradas utilizando-se 5 modelos matemáticos de regressão (potência, exponencial, logarítmico, quadrático e cúbico). O modelo cúbico foi o que se ajustou melhor aos dados observados das estações da Calha Norte. Já para a região do Xingu, foi o modelo exponencial, que melhor se ajustou. Modelos de regionalização foram estabelecidos, usando-se a técnica de regressão múltipla. A variação espacial dos parâmetros dos modelos, foi explicada em termos de área de drenagem, precipitação média anual, comprimento e desnível do rio. Os modelos foram validados através de duas bacias-alvo de cada região, obtendo resultados satisfatórios pelos ajustes gráficos das vazões simuladas e observadas. Matematicamente, o bom ajuste foi representado pelos erros quadráticos relativos médios percentuais e coeficientes de Nash-Sutcliffe calculados para o modelo cúbico (Calha Norte) e exponencial (Xingu). O bom desempenho dos modelos, os credencia na estimativa das curvas de permanência de vazões das regiões de estudo.

This paper describes the regionalization of flow duration curves for rivers located in the Calha Norte and Xingu hydrologic regions, in the Brazilian state of Pará. Recorded data at 25 stream gauge stations located in the regions were used for model fitting. The flow duration curves were calibrated by using of 5 regression models (power, exponential, logarithmic, quadratic, and cubic). The cubic model was found to be the best-fit to the flow duration curves of the Calha Norte. The exponential model was found to be the best-fit to the flow duration curves of the Xingu. The spatial variation of each model parameter was studied in order to explain its corresponding variation in terms of the drainage area, mean annual precipitation, river length and slope. The models were validated to estimating the flow duration curves at two chosen watersheds of each region, with good agreement of the simulated and observed plotting flows. In mathematical words, the good fitting was represented by the relative mean square error and the Nash-Sutcliffe coefficient calculated for the cubic model (Calha Norte) and for the exponential model (Xingu) . The good performance of the models suggests that they can be used to simulate the flow duration curves for the considered regions.

The main contribution from this paper includes the hydrodynamic modeling and morphological analysis of Lake Água Preta in Belém city, Pará State, Brazil. The lake bathymetry was taken through the data provided by COSANPA (the local sanitation and water supply company) dating back to 1975, and from a 2009 field study. Both bathymetries produced two terrain elevation models, which were used for morphological analysis and hydrodynamic simulations. The morphological analysis has revealed that, from 1975 to 2009, the annual mean rate of sedimentation varies between 23,065 and 29,081 m³/year. Through this result, the sedimentation time of Lake Água Preta, from 2009, has been calculated, which varies between 295 and 381 years, maintaining the same rate of sedimentation, water consumption and pumping. The hydrodynamic model simulated the depths and velocities, showing a slight flow with velocities ranging from 0 to 33 cm/s. This flow is established between water input and output of the lake, which is used as reservoir of Belém city.

This work describes the steps required to construct a hydrodynamic model of the Guajará Bay, using Geographic Information Systems and the Finite Element Method. An overview of the problem that motivates this modelling procedure, i.e., the pollutant dispersion, is presented. The computer software used is then discussed, stressing the links between the data model entities. The calibration procedure is described. The methods used to obtain field data and the results obtained are presented, alongside the main flow patterns of the water. The simulations and applications of the model are discussed at the end of the paper.

Este trabalho tem por objetivo apresentar os resultados da modelagem sísmica em meios com fortes descontinuidades de propriedades físicas, com ênfase na existência de difrações e múltiplas reflexões, tendo a Bacia do Amazonas como referência à modelagem. As condições de estabilidade e de fronteiras utilizadas no cálculo do campo de ondas sísmicas foram analisadas numericamente pelo método das diferenças finitas, visando melhor compreensão e controle da interpretação de dados sísmicos. A geologia da Bacia do Amazonas é constituída por rochas sedimentares depositadas desde o Ordoviciano até o Recente que atingem espessuras da ordem de 5 km. Os corpos de diabásio, presentes entre os sedimentos paleozóicos, estão dispostos na forma de soleiras, alcançam espessuras de centenas de metros e perfazem um volume total de aproximadamente 90000 Km³. A ocorrência de tais estruturas é responsável pela existência de reflexões múltiplas durante a propagação da onda sísmica o que impossibilita melhor interpretação dos horizontes refletores que se encontram abaixo destas soleiras. Para representar situações geológicas desse tipo foram usados um modelo (sintético) acústico de velocidades e um código computacional elaborado via método das diferenças finitas com aproximação de quarta ordem no espaço e no tempo da equação da onda. A aplicação dos métodos de diferenças finitas para o estudo de propagação de ondas sísmicas melhorou a compreensão sobre a propagação em meios onde existem heterogeneidades significativas, tendo como resultado boa resolução na interpretação dos eventos de reflexão sísmica em áreas de interesse. Como resultado dos experimentos numéricos realizados em meio de geologia complexa, foi observada a influência significativa das reflexões múltiplas devido à camada de alta velocidade, isto provocou maior perda de energia e dificultou a interpretação dos alvos. Por esta razão recomenda-se a integração de dados de superfície com os de poço, com o objetivo de obter melhor imagem dos alvos abaixo das soleiras de diabásio.

This paper discusses the seismic modeling in medium with strong discontinuities in its physical properties. The approach takes in consideration the existences diffractions and multiple reflections in the analyzed medium, which, at that case, is the Amazon Basin. The stability and boundary conditions of modeling were analyzed by the method of the finite differences. Sedimentary rocks deposited since the Ordovician to the present, reaching depth up to 5 Km. The bodies of diabasic between the paleozoic sediments are layers reaching thickness of hundred meters, which add to 90.000 km3, form the geology of the Amazon Basin. The occurrence of these structures is responsible for multiple reflections during the propagation of the seismic waves, which become impossible a better imaging of horizons located bellow the layers. The representation this geological situation was performed an (synthetic) acoustic velocity model. The numerical discretization scheme is based in a fourth order approximation of the acoustic wave equation in space and time The understanding of the wave propagation heterogeneous medium has improved for the application of the finite difference method. The method achieves a good resolution in the interpretation of seismic reflection events. The numerical results discusses in this paper have allowed to observed the influence of the multiple reflection in a high velocity layer. It increase a loss of energy and difficult the interpretation of the target. For this reason the integration of surface data with the well data is recommended, with the objective to get one better image of the targets below of the diabasic layer.

The relationship between architecture and clothes is more obvious at some times than others. In this case, the question was how to cover a regulated productive program that needed a certain volume of air and space for the movement of goods. Like a cloak, these wine cellars shifted the project's problematic to the issue of surfaces. How the shell that shelters the industrial processes will be seen and constructed, and, in passing, how it will differentiate, position and sell the product created.

Unas veces más que otras se hace evidente la relación entre la arquitectura y las vestimentas. En este caso, un programa productivo normado que demanda un cierto volumen de aire y determinados movimientos de cargas plantea la pregunta sobre cómo cubrir estas actividades. A la manera de un manto, estas bodegas trasladan la problemática del proyecto al campo de las superficies: Cómo se verá y construirá la cáscara que albergará los procesos industriales. Y de paso, diferenciar, posicionar y vender el producto que resulta de ellos