Resumo O coeficiente de reaeração superficial (K2), que representa a transferência de oxigênio na interface ar-água, é uma importante variável dos ecossistemas aquáticos. O K2 é influenciado por diversos fatores, entre eles as substâncias surfactantes, além disso, tal coeficiente é utilizado em modelos de qualidade da água, o que demanda a sua correta estimativa. O objetivo deste trabalho foi avaliar o efeito do surfactante Dodecil Sulfato de Sódio (SDS) sobre o K2. Em um reator cilíndrico com agitador mecânico tipo turbina, 15 experimentos de reaeração foram realizados com concentrações de SDS (0,0; 0,25; 0,5; 1,0 e 1,5 mMol L-1) e velocidades de rotação do agitador (25, 50 e 100 rpm). Em um canal hidráulico circular, 8 experimentos de reaeração foram realizados, em triplicata, com concentrações de SDS (0 e 1.5 mMol L-1) e níveis de agitação (Reynolds 4.500, 37.500, 49.200 e 54.000). No reator, independentemente da velocidade de rotação, o surfactante reduziu o K2 em 20%, devido à formação de um filme superficial na interface que dificultou a transferência do oxigênio, fenômeno conhecido como efeito barreira. No canal, a redução de K2 (aproximadamente 15%) ocorreu em maiores níveis de agitação da água. Na presença de surfactantes, e em baixos níveis de agitação, fenômenos que aumentam o K2 (i.e., efeito de Marangoni) coexistem com os que reduzem K2 (i.e., efeito barreira). Conclui-se que a presença de SDS em ambientes aquáticos deve ser considerada na estimativa do coeficiente de reaeração superficial, pois este surfactante pode contribuir para estimativas incertas do K2.

Abstract Surface reaeration coefficient (K2), which represents the transfer of oxygen at the air-water interface, is an important variable in aquatic ecosystems. K2 is influenced by several factors, including surfactants; furthermore, this coefficient is used in water-quality models, which requires its correct estimation. This study evaluated the effects of the surfactant Sodium Dodecyl Sulfate (SDS) on K2 in two different experimental systems. In a cylindrical reactor with a turbine-type mechanical stirrer, 15 reaeration experiments were carried out with SDS concentrations of 0.0; 0.25; 0.5; 1.0 and 1.5 mMol L-1 and stirrer rotation velocities of 25, 50 and 100 rpm. In a circular hydraulic channel, 8 reaeration experiments were carried out, in triplicate, with SDS concentrations of 0 and 1.5 mMol L-1 and agitation levels of Reynolds 4,500, 37,500; 49,200 and 54,000. In the reactor, regardless of the rotation velocity, the surfactant reduced K2 by 20%, due to a superficial film formation at the interface that made oxygen transfer difficult, due to a phenomenon known as “barrier effect”. In the channel, an approximate K2 reduction of 15% occurred at higher levels of water agitation. In the presence of surfactants, and at low levels of agitation, phenomena that increase K2 (i.e., Marangoni effect) may coexist with those that reduce K2 (i.e., barrier effect). We concluded that the presence of SDS in aquatic environments should be considered when estimating the surface reaeration coefficient, because this surfactant can contribute to uncertain K2 estimation.

RESUMO O sedimento encontrado na seção transversal de rios ou reservatórios é resultado das interações ocorridas em uma bacia hidrográfica, sejam elas decorrentes de fatores naturais ou antrópicos. Apesar da quantidade de sedimentos no rio ser o resultado dos processos que acontecem dentro da bacia, os métodos de estimativa de sedimentos baseados nessas características, ou seja, métodos determinísticos, apresentam grandes variações devido ao grande número de variáveis interferentes. Aqui foi aplicada a teoria da entropia, método não determinístico, para estimar o perfil da concentração de sedimentos a montante, a jusante e no interior de um reservatório, propondo a relação entre dois parâmetros com a finalidade de facilitar a estimativa. Foi verificado que é possível utilizar a teoria da entropia para simular o perfil de concentração de sedimentos em reservatórios. A utilização da relação entre os parâmetros facilita os cálculos, reduz o número de parâmetros modelados e, consequentemente, o tempo computacional, além de representar melhor as variações da concentração de sedimentos ao longo do perfil.

ABSTRACT The sediment found in the cross section of a river or a reservoir is the result of interactions that occur in a watershed, whether from natural or anthropogenic factors. There are still changes in the riverbed conditions depending on the type of sediment, flow velocity, changes in slope and human interventions such as hydraulic works. Although the amount of sediment in the river is the result of processes that occur within the basin, the estimation methods of sediment based on these characteristics, that is, deterministic methods, vary widely due to the large number of interfering variables. This paper deals with the application of the entropy theory, a non-deterministic method to estimate the profile of sediment concentration upstream, downstream and within a reservoir. A relationship between two parameters in order to facilitate the estimation was proposed. It can be observed that it is possible to apply entropy theory to simulate the sediment concentration profile in reservoirs. The use of the relationship between parameters facilitates calculations, reduces the number of modeled parameters and consequently the computational effort and better represents the variation of sediment concentration along the profile.

RESUMO A preocupação com a qualidade das águas vem promovendo o desenvolvimento de técnicas cada dia melhores de monitoramento e controle. Como os sedimentos transportam a maior parte dos contaminantes da água, seu estudo é fundamental. Diante do elevado número de variáveis existentes para a estimativa da concentração de sedimentos e elevados custos de campanhas de monitoramento, torna-se necessário o desenvolvimento de métodos mais acessíveis e que tragam resultados práticos satisfatórios. Para tanto, este trabalho trata da aplicação do princípio da entropia máxima, um método probabilístico, para determinar a concentração de sedimentos em calhas com diversas concentrações e granulometrias. Para isso, foi proposta uma relação entre os parâmetros do princípio da entropia máxima para determinar o índice entrópico e facilitar o cálculo. Os resultados mostraram-se satisfatórios para concentrações acima de 10 g/L com R2 superiores a 0,88. Os erros quadráticos calculados neste trabalho foram inferiores aos encontrados quando utilizada a teoria da entropia por Tsallis e pela Equação de Rouse, modelos clássicos de estimativa do perfil de concentração de sedimentos. A aplicabilidade do modelo proposto e a facilidade da utilização do método probabilístico, já que reduz a quantidade de dados necessários para realizar a estimativa, torna-o viável em escala global.

ABSTRACT The concern with water quality has been promoting development of better monitoring and control techniques every day. As sediments transport most of water contaminants, their study is fundamental. Given the large number of variables for estimating sediment concentration and high costs of monitoring campaigns, it becomes necessary to develop more accessible methods which bring satisfactory practical results. Therefore, this work deals with application of the principle of maximum entropy, a probabilistic method to determine concentration of sediments in river channels with various concentrations and particle sizes. For this purpose, it was proposed a relationship between the theory of entropy parameters in order to reduce the computational effort. The results were satisfactory at concentrations above 10 g/L with R2 greater than 0.88. The calculated squared errors in this study were lower than those found when using the theory of entropy by Tsallis and the equation of Rouse, classic models for determining the sediment concentration profile. The applicability of the proposed model and the ease of using the probabilistic method, since it reduces the amount of data needed to perform the estimate, makes it feasible on a global scale.

Em estudos de hidrossedimentologia é imprescindível que se tenha o levantamento dos teores de elementos-traço do local de pesquisa, uma vez que esse background pode ser utilizado para interpretações do enriquecimento desses elementos no local da pesquisa. Esse enriquecimento pode estar relacionado ao processo natural de sua formação geológica ou às ações antropogênicas, sendo nesse último caso utilizado os guidelines , que apresentam as concentrações em que os elementos-traço causam efeitos de ecotoxicidade no ambiente. Assim, este estudo utilizou áreas com florestas naturais denominadas de reserva legal para formação do background do município de Toledo, PR, as quais asseguram condições de nenhuma ou mínima interferência antrópica. Os resultados da espectrometria de emissão atômica com plasma de argônio acoplado indutivamente demonstraram que as reservas legais possuem teores de elementos-traço inferiores aos demais referenciais teóricos pesquisados, porém em concentrações equivalentes aos níveis de segurança dos recomendados pelos guidelines internacionais consultados. Concluiu-se que os valores determinados são fundamentais para recomendar esse background como base de dados científicos para pesquisas da área de hidrossedimentologia desse local e também como forma de gerenciamento ambiental da bacia hidrográfica desse município.

In hydrosedimentology studies the determination of the trace element concentrations at the study site is imperative, since this background can be used to assess the enrichment of sediments with these elements. This enrichment can be the result of the natural process of geological formation or of anthropogenic activities. In the latter case, guidelines are used to indicate the concentrations at which trace elements cause ecotoxicity effects on the environment. Thus, this study used legal reserve areas in the municipality of Toledo, PR, where natural forests are maintained, with no or minimal human interference to establish background levels. The results of atomic emission spectrometry with inductively coupled argon plasma showed that the legal reserves have lower levels of trace elements than other theoretical references, but equivalent concentrations to the safety levels recommended by international guidelines. It was concluded that determining values is fundamental to recommend this background as scientific database for research in the area of hydrosedimentology of this site and also as a way of environmental management of the watershed of this municipality.

A difração de raios laser (DL) oferece grande detalhamento da distribuição de tamanho de partículas. Sua aplicação em testes de estabilidade de agregados de solo pode auxiliar o estudo sobre a agregação de solos com propriedades eletroquímicas discrepantes. Nesse sentido, os objetivos do presente trabalho foram: propor um protocolo de uso da DL para estudar a agregação do solo; e estudar a influência de diferentes doses e formas de calagem sobre a agregação de um Argissolo. Amostras foram coletadas em 2005 em um Argissolo Vermelho Acinzentado distrófico plíntico que recebeu, em 1994, 0,0; 2,0; 8,5 e 17,0 Mg ha-1 de calcário, incorporado na camada de 0,0-0,2 m e deixado sobre a superfície do solo. Para isso, agregados com diâmetro entre 4,76 e 8,00 mm foram estudados utilizando o método tradicional proposto por Kemper e Chepil, com tamisamento em água, enquanto agregados com diâmetro entre 1 e 2 mm foram estudados utilizando um granulômetro a laser CILAS®, que distingue partículas de 0,04 a 2.500,00 μm de diâmetro. As leituras em DL foram feitas após seis pré-tratamentos consecutivos das amostras, utilizando para isso tempos de agitação, dispersante químico e ultrassom. O diâmetro médio ponderado (DMP) e o índice de estabilidade de agregados (IEA) pelo método tradicional não discriminaram os tratamentos. No entanto, a difração de raios laser é capaz de produzir dados detalhados sobre a agregação do solo, resultando em índices de estabilidade de agregados que se relacionam linearmente com as doses de calcário (DMP: R² = 0,986 e IEA: R² = 0,876). Concluiu-se que as modificações na eletroquímica de um Argissolo decorrentes da aplicação de calcário alteram a estabilidade dos agregados, aumentando-a com o incremento das doses de calcário.

Laser diffraction (LD) provides detailed analysis of particle size distribution. Its application to testing the stability of soil aggregates can assist studies on the aggregation of soils with contrasting electrochemical properties. The objectives of the present work were: (a) to propose a protocol for using LD to study soil aggregation, (b) to study the aggregation of an Acrisol under the influence of different doses and forms of lime. Samples were collected in 2005 from a Brazilian Acrisol that in 1994 had received 0.0; 2.0; 8.5 and 17.0 Mg ha-1 of lime, left on the soil surface or incorporated. Aggregates from 4.76 to 8.00 mm diameters were studied using the traditional method proposed by Kemper & Chepil (1965), with wet sieving, while aggregates from 1.00 to 2.00 mm were studied using a CILAS® laser diffractometer that distinguishes particles ranging from 0.04 to 2,500.00 μm. LD readings were made after six consecutive pre-treatments, using agitation times, a chemical dispersion agent and ultrasound. Mean Weighted Diameter (MWD) and the Aggregate Stability Index (ASI) calculated, using the traditional method does not discriminate the treatments. However, LD is able to produce detailed data on soil aggregation, resulting in indexes of stability of aggregates that are linearly related to the doses of lime applied (MWD: R² = 0.986 and ASI: R² = 0.876). It may be concluded that electrochemical changes in the Brazilian Acrisol resulting from incorporated lime affect the stability of aggregates, increasing stability with increased doses of lime.