ABSTRACT The constant monitoring of water quality is fundamental for the understanding of the aquatic environment, yet it demands great financial investments and is susceptible to inconsistencies and missing values. Using a database composed of 59 sampling campaigns, performed for 12 years, on 10 monitoring stations along the Iguassu River Basin (Southern Brazil), this study presents a model, based on feed-forward neural networks, which imputed 1,370 values for 11 traditional water quality parameters, as well as 3 contaminants of emerging concern (caffeine, estradiol and ethinylestradiol). The model validation errors varied from 0.978 mg L-1 and 0.017 mg L-1 for the traditional parameters, for caffeine the validation error was of 0.212 µg L-1 and for the hormones, the errors were of 0.04 µg L-1 (E1) and 0.044 µg L-1 (EE1). The models underwent two techniques to understand the operations performed within the model (isolation and nullification), which were consistent to those explained by natural processes. The results point to the validity of modeling water quality parameters (especially the concentrations of caffeine) through neural networks, which could lead to better resource allocation in environmental monitoring, as well as improving available datasets and valuing previous monitoring efforts.

RESUMO O monitoramento constante da qualidade da água é fundamental para o entendimento dos ambientes aquáticos, mas este esforço demanda grandes investimentos financeiros, além de estar suscetível a inconsistências e falhas na obtenção dos valores. Usando uma base de dados composta por 59 campanhas amostrais, realizadas durante um período de 12 anos, em 10 estações de monitoramento ao longo da bacia do rio Iguaçú, este trabalho apresentou um modelo baseado em redes neurais artificiais que preencheu 1.370 valores para onze parâmetros tradicionais de qualidade da água. Os erros de validação do modelo variaram de 0,978 mg L-1 a 0,017 mg L-1 para os parâmetros tradicionais, enquanto para a cafeína, este erro foi de 0,212 µg L-1 e para os hormônios de 0,04 µg L-1 (E1) e 0,044 µg L-1 (EE1). Duas técnicas (isolamento e anulação) foram aplicadas nos modelos para se entender o relacionamento treinado pelo modelo entre as variáveis de entrada e saída. Os resultados apontam para a viabilidade da aplicação de redes neurais para a modelagem de parâmetros de qualidade da água (em especial, a cafeína), o que poderia levar a uma melhor alocação de recursos no monitoramento ambiental, além de expandir os bancos de dados disponíveis e valorizar os esforços despendidos para este monitoramento.

ABSTRACT Ensuring compliance with the minimum Water Quality Standards stipulated by law demands the implementation of strategic measures within the watershed. Water pollution modeling serves as a tool to guide the formulations of effective pollution control strategies. However, the inherent complexity of calibration, spatial-temporal variability, and uncertainty, in addition to effective communication of technical information to decision makers, makes it challenging to prioritize actions, implement them, and allocate resources efficiently. This paper presents the implementation of a Web-GIS for decision making support which combines collaborative hydrological and hydrodynamic modeling results with an interactive visualization of the Paranapanema river basin in the South of Brazil. The Web-GIS aimed to overcome the difficulty of presenting scientific results to decision-makers, gathering and harmonizing diverse datasets. Combining information from the watershed, the pollutant loads estimations for three substances (phosphorus, nitrogen, and BOD), the resulting concentrations in rivers and reservoirs, as well as the results for different future scenarios into a unified platform. It is expected that decision-making regarding water bodies framework will be facilitated by identifying the primary sources and pathways of pollution, prioritizing basins with the highest load production, an determining realistic possibilities of load reduction through effective measures.

RESUMO Garantir o cumprimento dos padrões mínimos de qualidade de água estabelecidos por lei exige medidas estratégicas na bacia afluente. A modelagem da poluição de água serve como ferramenta para orientar a formulação de estratégias eficazes de controle de poluição. No entanto, a complexidade inerente à calibração, à variabilidade espacial-temporal e a incerteza, aliadas ao repasse ineficaz de informações técnicas para os tomadores de decisão, dificultam não apenas a priorização se não a própria efetivação das ações e aplicação dos recursos eficientemente. Sendo assim, este estudo apresenta o desenvolvimento de um Web-GIS que reúne os principais resultados das modelagens hidrológicas para conceder uma visão interativa da bacia do Rio Paranapanema no sul do Brasil. O sistema supera a dificuldade de apresentação de resultados científicos para o gestor, reunindo e harmonizando conjuntos de dados diversos. Combinando informações da bacia hidrográfica, estimativas de carga de poluentes para três substâncias (fósforo, nitrogênio e DBO), as concentrações resultantes em rios e reservatórios, bem como os resultados para diferentes cenários futuros em uma plataforma unificada. Espera-se que a tomada de decisão em relação ao enquadramento de corpos d'água seja facilitada pela identificação das principais fontes e vias de poluição, priorizando as bacias com maior produção de carga e determinando possibilidades realistas de redução da carga por meio de medidas eficazes.

RESUMO O desafio imposto pela lei n. 9433/97 de estabelecer mecanismos de recuperação de corpos hídricos induziu a uma dinâmica de pesquisas que pudessem garantir, não só o adequado entendimento dos instrumentos de gestão, mas a fundamentação técnica necessária à sua aplicação. Nesta pesquisa, ênfase foi dada na compreensão da dinâmica da MO em bacia hidrográfica fortemente influenciada pelas atividades antrópicas, através da análise e interpretação conjunta de informações qualitativas e quantitativas. O estudo de caso abordado foi a bacia do rio Rio Iguaçu e os resultados obtidos demonstraram grande aporte de MO lábil na RMC proveniente provavelmente de efluentes domésticos, com consequente depleção do OD e degradação da qualidade das águas. No entanto, após a região mais urbanizada há redução da concentração de MO e a indicação da predominância de material pedogênico, sugerindo que além do efeito de diluição, há menor aporte de efluentes antrópicos nesta região, o que resulta numa melhoria da qualidade das águas, representada principalmente pela recuperação da concentração do OD. A utilização conjunta dos dados quantitativos e da espectroscopia de UV-visível foi fundamental para compreender a variação nas características da MO e de suas fontes ao longo do trecho estudado.

ABSTRACT The challenge imposed by law no. 9433/97 to establish mechanisms for the recovery of bodies of water led to a dynamic of research that could guarantee not only an adequate understanding of the management instruments but also the technical basis for their application. In this research, emphasis was placed on understanding the dynamics of organic matter (OM) in a drainage basin heavily influenced by anthropogenic activities, through the analysis and interpretation of qualitative and quantitative information. The case study was the Iguaçu River basin, from its headwaters in the Metropolitan Region of Curitiba (MRC) to the municipality of União da Vitória. The results obtained showed a large deposition of labile OM in the MRC coming probably from domestic effluents, with consequent DO depletion and water quality degradation. However, after the more urbanized region, there is a reduction in the concentration of OM and the indication of the predominance of pedogenic material, suggesting that in addition to the dilution effect, there is less input of anthropogenic effluents in this region, which results in an improvement in water quality, represented mainly by the recovery of the DO concentration. The combined use of quantitative data and UV-visible spectroscopy was fundamental to comprehend the variation in the characteristics of OM and its sources along the studied section.

RESUMO Atividades antrópicas nas bacias hidrográficas são responsáveis por causar mudanças no uso do solo, de modo a ocasionar reflexos nas vazões afluentes de seus rios. Dentre essas consequências está a alteração dos primeiros momentos estatísticos das séries hidrológicas, condição conhecida por não estacionariedade. O emprego de uma série não estacionária pode repercutir em erros relevantes e conclusões tendenciosas nas análises propostas. Dessa maneira, o presente trabalho avalia os possíveis efeitos dessa condição na disponibilidade hídrica para outorga de uso dos recursos hídricos em seis postos hidrométricos brasileiros, considerando como referência a Q95%. Opta-se pelo uso da curva de permanência mediana anual e de curvas de permanência sazonais, determinadas em dois momentos distintos das séries históricas, antes e depois do ano de 1969. Os resultados sugerem aumento da Q95% em quatro postos e redução nos outros dois. Além disso, alterações importantes foram também identificadas em permanências intermediárias, sugerindo que as variações nas séries não estão limitadas a valores extremos.

ABSTRACT Anthropogenic activities in the watersheds are responsible for land use changes, thus interfering in its rivers flows regimes. Consequently, changes occur in the hydrological series statistical moments, a condition known as nonstationarity. The use of a nonstationary time series can cause relevant errors, misleading and biasing the ongoing analyses. In this manner, this paper evaluates the possible effects of nonstationarity over water availability for water resources permits in six Brazilian gauges, considering the Q95% as reference. Median and seasonal flow-duration curves are employed in two distinct periods, before and after 1969, for all the series. Results suggested that Q95% increased in four gauges and reduced in the remainder two. Moreover, important changes were observed in intermediate flow-durations, suggesting that the variations are not limited to the series extreme values.