ABSTRACT Ensuring prompt and effective water quality monitoring is increasingly important. Remote sensing has been shown to be an effective tool for simplifying and speeding up this process. The aim of this study is to develop an empirical model to map the spatial and temporal dynamics of turbidity in Mirim Lagoon, located in southern Brazil. To achieve this, Sentinel-2A/B MSI sensor data were combined with turbidity data collected in situ. The model was applied to monthly images (with cloud cover ≤ 20%) in 2019 and 2020 using the Google Earth Engine (GEE) platform. Mean turbidity values in the lagoon did not vary significantly, remaining between 30 and 75 NTU overall. However, there were differences in turbidity levels between the northern and southern regions of the lagoon in some months of the investigated years. By applying this methodology and analyzing the results, we were able to better understand the behavior of turbidity throughout the lagoon and gain insights into the quality of this important freshwater source.

RESUMO Tem se tornado cada vez mais necessário garantir agilidade e eficácia no monitoramento da qualidade da água. Nesse sentido, o sensoriamento remoto tem se mostrado uma ferramenta eficaz, capaz de tornar esse processo mais rápido e simples. O objetivo do presente estudo é gerar um modelo empírico para mapear espacial e temporalmente a dinâmica da turbidez na Lagoa Mirim, sul do Brasil. Os dados do sensor MSI Sentinel-2A/B foram usados em combinação com os dados de turbidez coletados in situ. Os mapeamentos espaciais e temporais foram realizados na plataforma Google Earth Engine (GEE) aplicando o modelo em imagens mensais (cobertura de nuvens ≤ 20%), em 2019 e 2020. Os valores médios de turbidez observados na lagoa não apresentaram variações significativas; no geral, eles permaneceram entre 30 NTU e 75 NTU. Houve diferença nos níveis de turbidez entre as regiões Norte e Sul da lagoa em alguns meses dos anos investigados. A metodologia aqui aplicada e os resultados observados permitiram analisar o comportamento da turbidez em toda a extensão da Lagoa Mirim e conhecer melhor a qualidade da água nesta importante fonte de água doce.

Abstract This paper aimed at to evaluate the qualitative effects of climatic seasonality in a subtropical lagoon, using Discriminant Analysis, as well to identify the most sensitive and responsible parameters for these changes. The Mirim Lagoon watershed is one of the main transboundary basins in South America and is of great economic importance for the region because its waters are used for irrigation of rice fields and for the potable water supply to populations close to it, in this way, these uses may affect the quality of the basin waters. The data used in the study were provided and collected by the Mirim Lagoon Development Agency. Water quality parameters were selected in a five-year database and submitted to statistical tests that demonstrated their distinctions throughout the climatic seasons. The results showed that the parameters temperature, pH, dissolved oxygen, biochemical oxygen demand, total nitrogen and total phosphorus differ statically between the four climatic seasons. Were also identified four discriminative parameters between the seasons, being them dissolved oxygen, biochemical oxygen demand, total nitrogen and total phosphorus. In this way, it can be concluded that the seasonality mainly affects anthropogenic pollution sources such as agricultural activities and domestic discharges.

Resumo O objetivo deste estudo foi relacionar as tendências de aumento e/ou decréscimo em séries temporais de precipitação na metade norte do estado do Rio Grande do Sul, Brasil, com as fases do ENOS. Foram utilizadas séries temporais de dados pluviométricos de oito estações meteorológicas. Os dados de precipitação total anual foram previamente analisados e suas falhas preenchidas. Em seguida, foram plotados em forma de gráfico, juntamente com a média e a regressão linear. As séries pluviométricas também foram analisadas no software TREND, aplicando os testes estatísticos não paramétricos Mann-Kendall e Spearman’s rho. Os testes identificaram alterações na tendência de 50% das estações analisadas, corroborando com os resultados encontrados por meio de gráficos. O aumento da precipitação total anual nas séries temporais pode estar relacionado com os períodos de El Niño e La Niña. Entretanto, estudos mais específicos devem ser realizados para confirmar essa hipótese, uma vez que a variabilidade de precipitação também pode estar relacionada com alterações hidrológicas, em função do uso e ocupação do solo, e com atividades antrópicas na região norte do Estado.

Abstract The aim of this paper is relating trends of increasing and/or decreasing on precipitation time series in the north part of Rio Grande do Sul state, Brazil, with ENOS phases. To do so, time series of rainfall data from eight meteorological stations were used. The annual total precipitation data were previously analyzed and their gaps were filled. Then, they were plotted in charts, as well as the average data and the linear regression. Pluviometrical series were also analyzed using the software TREND, applying the following non-parametrical statistical tests: Man-Kendall and Spearman’s rho. Tests identified changes on trends in 50% of the analyzed stations, corroborating with results found in charts. Increase of the annual total precipitation in temporal series may be related with El Niño and La Niña periods. However, more specific studies should be performed in order to confirm this hypothesis, since rainfall variability may also be related with hydrological changes, as a result of use and occupation of the soil as well as anthropic activities in the north part of the state.

RESUMO O objetivo deste estudo foi desenvolver um índice de qualidade de água modificado (IQAMod), por meio de análises multivariadas, e comparar com o índice utilizado pela Companhia Ambiental do Estado de São Paulo (Cetesb) (IQACETESB), para ser aplicado no Arroio Pelotas, Rio Grande do Sul, Brasil. Foram usados dados secundários de qualidade da água superficial do Arroio Pelotas, para o sítio de amostragem GER 48, localizado no município de Pelotas, monitorados e disponibilizados pela Fundação Estadual de Proteção Ambiental Henrique Luís Roessler (FEPAM), no período entre 1997 e 2013. Entre as análises multivariadas, empregou-se a análise fatorial (AF)/análise de componentes principais (ACP). Os resultados indicaram que a ACP extraiu duas componentes principais que explicaram 100% da variância total dos dados na matriz de correlação, enquanto os escores fatoriais para o cálculo do IQAMod foram extraídos do primeiro fator, que explicou 70,6% da variância total. Concluímos que o IQAMod mostrou demanda bioquímica de oxigênio (DBO5), turbidez (TH) e sólidos totais (ST) como as variáveis de mais importância na construção do índice, diferindo do IQACETESB, que apresentou as variáveis oxigênio dissolvido (OD), coliformes termotolerantes (CT) e potencial hidrogeniônico (pH) como as de mais relevância, demonstrando assim a necessidade da calibração do IQACETESB para aplicação nesse ecossistema específico.

ABSTRACT This research aimed at developing a modified water quality index (WQIMod) by using multivariate analysis, from a comparison with the WQI used by the Environmental Company of São Paulo (Companhia Ambiental do Estado de São Paulo-Cetesb) (IQACETESB), to be applied in the Pelotas Stream, RS, Brazil. Secondary data from Pelotas Stream surface water quality were used, collected in the sampling site GER 48, located in the municipality of Pelotas, where they were monitored and provided by the State Foundation of Environmental Protection Henrique Luís Roessler (Fundação Estadual de Proteção Ambiental Henrique Luís Roessler-FEPAM) between 1997 and 2013. Among the multivariate analyses, the factor analysis/principal component analysis (PCA) was used. The results indicated that the PCA extracted two principal components, which explained 100% of the total data variance in the correlation matrix, while the factorial scores for WQIMod calculation were extracted from the first factor, which explained 70.6% of the total data variance. We concluded that the WQIMod exhibits biochemical oxygen demand (BOD5), turbidity (TH) and total solids (TS) as the most important variables for the index construction, differing from the WQICETESB, which shows the variables dissolved oxygen (DO), thermotolerant coliforms (TC) and hydrogenionic potential (pH) as the most relevant ones, indicating the need of WQICETESB calibration for applying in this specific ecosystem.

RESUMO O objetivo deste estudo foi modelar sazonalmente a qualidade da água do Rio dos Sinos, no estado do Rio Grande do Sul, utilizando como suporte o modelo matemático QUAL-UFMG. Foram utilizadas nove seções de monitoramento, compreendidas entre os municípios de Caraá e Canoas, em um trecho de 211 km. As variáveis de qualidade da água foram analisadas entre o período de 2011 e 2012, de forma a abranger as diferentes variações sazonais. O modelo foi calibrado utilizando as seguintes variáveis de qualidade da água: demanda bioquímica de oxigênio (DBO); oxigênio dissolvido (OD); fósforo total (Ptotal); e nitrogênio total (Ntotal). As variações sazonais demonstraram uma influência nas diferentes curvas de calibração simuladas. De forma geral, a utilização do modelo matemático QUAL-UFMG para avaliação da qualidade da água do Rio dos Sinos se mostrou adequado, visto que ocorreu uma similaridade entre os dados observados e a curva simulada no processo de calibração. Para a variável OD, o modelo apresentou uma eficiência boa (Coeficiente de Nash e Sutcliffe - CNS>0,75) e para as variáveis DBO, Ptotal e Ntotal (outono/inverno) o modelo foi considerado aceitável (0,36<CNS<0,75).

ABSTRACT The main goal of this study was to seasonally model the water quality of Sinos River, in Rio Grande do Sul state, Brazil, using as support the QUAL-UFMG mathematical model. Nine monitoring sections were performed, between the counties of Caraá and Canoas, in a 211-km-long stretch. The water quality variables were analyzed between 2011 and 2012, in order to comprehend the different seasonal variations. The model was calibrated using the water quality variables: biochemical oxygen demand (BOD); dissolved oxygen (DO); total phosphorus (Ptotal); and total nitrogen (Ntotal). The seasonal variations demonstrated to influence the different simulated calibration curves. Thus, the utilization of QUAL-UFMG mathematical model in Sinos River water quality evaluation was appropriate, since there was a similarity between the observed data and the simulated curve in the calibration process. For DO, the model presented good efficiency (Nash and Sutcliffe Coefficients - CNS>0.75), and for BOD, Ptotal and Ntotal variables (autumn/winter), the model was considered acceptable (0.36<CNS<0.75).

Resumo A baixa densidade espacial da rede hidrométrica nacional tem resultado em grandes limitações para a representação do comportamento dos recursos hídricos. Dessa forma, a regionalização de vazões é uma alternativa para melhor explorar os dados já existentes, transferindo informações de um local para outro dentro de uma área com comportamento hidrológico semelhante. Nesse sentido, o objetivo deste trabalho foi avaliar as estimativas da vazão mínima de permanência Q95 obtidas através dos métodos Tradicional e Conservação de Massas na bacia do Rio Taquari-Antas, pertencente ao Estado do Rio Grande do Sul, visando auxiliar o planejamento dos recursos hídricos, além de facilitar as tomadas de decisão em relação aos processos de outorga do direito de uso das águas. Como variável explicativa para a regressão matemática foi utilizada a área de drenagem proveniente do Modelo Digital de Elevação Hidrograficamente Condicionado (MDEHC). Foram obtidas as equações de regionalização da vazão de referência Q95 e as respectivas regiões hidrologicamente homogêneas para os dois métodos testados, sendo a magnitude dos erros relativos inerente às metodologias empregadas. Consideradas as particularidades deste trabalho, ambos os métodos avaliados apresentaram resultados satisfatórios na obtenção de modelos para estimativa da vazão Q95, entretanto destaca-se que as técnicas aplicadas não substituem as informações hidrológicas obtidas com uma rede hidrométrica suficientemente densa.

Abstract The low density of the national hydrometeorological network has greatly limited the representation of the behavior of water resources. Thus, stream regionalization is an alternative to better exploit existing data, allowing the transfer of information from one location to another with similar hydrological behavior. The aim of this study was therefore to assess the estimates of the minimum Q95 flowrate obtained through the Traditional and Mass Conservation methods in the basins of the Taquari-Antas River, in state of Rio Grande do Sul, with the aim of assisting water-resource management and facilitating decision-making in relation to the process of granting water-use permits. As an independent variable for the mathematical regression, we used the drainage area, extracted from a MDEHC. The regionalization equations of the reference flow Q95 and the respective hydrologically homogeneous regions were obtained for the two methods tested, being the magnitude of the relative errors inherent in the methodologies employed. Considering the peculiarities of this work, both assessed methods have shown satisfactory results in obtaining models to estimate the Q95 flowrate; however, it should be noted that the applied techniques do not replace hydrological information obtained with a sufficiently dense hydrometric network.

A delimitação de uma bacia hidrográfica e sua caracterização morfométrica são procedimentos comumente utilizados em análises hidrológicas e ambientais. O advento e a consolidação dos Sistemas de Informações Geográficas (SIG’s) e o aprimoramento na geração dos Modelos Digitais de Elevação (MDE's) têm contribuído, de forma expressiva, no desenvolvimento de metodologias automáticas para obtenção de variáveis morfométricas de forma mais eficiente, confiável e com reprodutibilidade científica. Nesse trabalho, objetivou-se a geração do Modelo Digital de Elevação Hidrograficamente Condicionado (MDEHC) para a bacia hidrográfica do Braço Norte do rio São Mateus, a partir dos dados remotos da missão SRTM, visando a obter as características fisiográficas da referida bacia. Gerado o MDEHC para a região estudada, foram obtidas as seguintes características morfométricas: área de drenagem, perímetro, forma da bacia (Kc, Kf), hierarquização dos cursos d'água, densidade de drenagem, densidade de confluências, declividade média da bacia, altitude média da bacia e declividades do curso de água principal. Após a análise dos resultados obtidos, concluiu-se que as operações espaciais de vizinhança e conectividade, implementadas em ambiente matricial, apresentaram ótimos resultados na obtenção das características físicas da bacia, de forma rápida, confiável e com reprodutibilidade científica garantida.

The delineation of a watershed and it's morphometric characterization procedures are commonly used in environmental and hydrological analysis. The advent and consolidation of Geographic Information Systems (GIS) and the improvement in the generation of Digital Elevation Models (DEM’s) have contributed significantly to the development of automatic methodologies to obtain explanatory variables in a more efficient and reliable manner, ensuring scientific reproducibility. The objective of this study was to generate a Conditioning Hydrographic Digital Elevation Model (CHDEM) for the basin of the northern tributary of the São Mateus River, from the SRTM remote data. Generated the CHDEM for the studied area, we obtained the following morphometric characteristics: drainage area, perimeter, shape of the basin (Kc, Kf), prioritization of water courses, drainage density, density of intersections, an average slope for the basin, average elevation of the basin and slope of the main water course. Space operations of neighborhood and connectivity, implemented in a matrix environment, showed excellent results in obtaining the physical characteristics in a fast, reliable manner and with guaranteed scientific reproducibility.

No presente trabalho, desenvolveu-se equação para predição do coeficiente de dispersão longitudinal (D L) em rios de médio porte, com vazões entre 16,20 e 98 m³ s-1, a partir de ensaios experimentais utilizando traçadores fluorescentes. A equação foi deduzida utilizando-se análise dimensional e ajustada aos dados de campo pela técnica de regressão linear múltipla. Em seguida, realizou-se a validação da equação testando-a em outra base de dados, diferente daquela para a qual foi desenvolvida, com vazões entre 19,57 a 48,54 m³s-1. Adicionalmente, foram comparados os desempenhos de outras quatro equações empíricas de predição do D L, utilizando-se três métodos comparativos. A equação desenvolvida apresentou ajuste estatístico adequado e bom resultado, com melhor desempenho geral quando comparada a outras equações propostas na literatura.

In this paper, an equation has been developed to estimate the longitudinal dispersion coefficient (D L) in medium-sized rivers, with flow between 16.20 and 98 m³s-1, from experimental tests using fluorescent tracers. The equation was deduced by dimensional analysis and adjusted to the field data by the multiple linear regression technique. Thereafter, the validation of the equation was performed by testing it in another database, which is different from the one it had been developed for, with flow between 19.57 and 48.54 m³s-1. Additionally, the performance of four other empirical equations was compared for D L prediction using three comparative methods. The developed equation showed appropriate statistical adjustment and good result, with better overall performance when compared with other equations proposed in literature.