Abstract Landslide susceptibility and water balance in the soil, in the community of Lagoa Encantada, Recife Metropolitan Area, Brazil, were assessed using the computational models SINMAP and HYDRUS-1D. The SINMAP input parameters were the physical and hydrodynamic characteristics of the soil, evidence of landslides and the DEM; and for the HYDRUS-1D model, the hydraulic parameters of the soil. For both programs, simulations were also carried out, based on the rain recorded in the area. The soil was classified using the Unified Soil Classification System (USCS). To assess infiltration processes that cause landslides, HYDRUS-1D was used, under the same scenarios simulated by the SINMAP model and also in the evaluation of the infiltrated volume, in real landslides. The SINMAP results (susceptibility maps) show a 71% increase in the susceptible area (SI < 1; SI = stability index) between the two precipitation scenarios, and are consistent with evidence of landslides. The HYDRUS-1D results complement SINMAP results and suggest that infiltration values for simulated scenarios were similar to those of real landslides. It is concluded that it is possible to map areas of greater instability and to predict possible landslides in different precipitation scenarios, by quantitatively assessing the infiltrated volume that contributes to the destabilization of the soil.

RESUMO Neste trabalho discute-se um modelo de otimização multicritério baseado em Sistemas de Informações Geográficas (SIGs), que tem por finalidade a determinação dos locais com maior potencial para locação do traçado de adutoras por meio da utilização de variáveis de custo, bem como do melhor caminho para esse traçado. Em decorrência disso, foi possível simular rotas de custo mínimo para o traçado da adutora, considerando critérios relacionados com: as declividades e as altitudes da área, as distâncias de rios e áreas alagadas e a proximidade de rodovias. A análise leva em consideração a importância (peso) de cada critério no modelo. Para minimizar a subjetividade na escolha dos valores desses pesos, buscou-se a opinião de especialistas com relação aos critérios analisados. O método Análise Hierárquica de Pesos (AHP) foi utilizado para a ponderação dos critérios. Para aplicação da metodologia, utilizou-se como área de estudo um trecho da Adutora do Pajeú no Estado de Pernambuco e uma base de dados de alta definição do Programa Pernambuco Tridimensional (Programa PE3D), além da base de dados Shuttle Radar Topography Mission (SRTM)/TOPODATA. Os resultados obtidos por meio de SIG permitiram identificar as áreas consideradas de maior aptidão para a locação do traçado da adutora e determinar uma rota otimizada para esse traçado. Na prática, significou na determinação de uma rota para implantação da tubulação da adutora, o que sugere que a utilização de SIG e técnicas de otimização pode auxiliar a tomada de decisão no que se refere aos projetos de sistemas adutores de abastecimento de água.

ABSTRACT This paper discusses a multi-criteria GIS-based optimization model, which aims to determine the locations with the highest potential for the location of the water mains through the use of cost variables, as well as the best path for this tracing. As a result, it was possible to simulate minimum cost routes for the pipeline layout, considering criteria related to: the slope and altitude of the area, the distances of rivers and flooded areas and the proximity of highways. The analysis takes into account the importance (weight) of each criterion in the model. To minimize subjectivity in choosing the values of these weights, expert opinion was sought regarding the criteria analyzed. The HWA (Hierarchical Weight Analysis) method was used to weigh the criteria. To apply the methodology, the study area used an excerpt from the Pajeú pipeline in the state of Pernambuco and a high definition database from the Pernambuco Three-dimensional Program, as well as the SRTM/TOPODATA database. The results obtained through GIS allowed us to identify the areas considered to be the most suitable for the location of the pipeline and to determine an optimized route for this route. In practice, it meant determining a route for the pipeline installation, which suggests that the use of GIS and optimization techniques can help decision making regarding the design of water supply systems.

RESUMO Apesar dos avanços realizados nos últimos anos, a modelagem das respostas hidrológicas de bacias hidrográficas continua sendo uma tarefa complexa, especialmente em áreas com escassez de dados. Para superar isso, novos modelos com representações distintas dos processos hidrológicos continuam a ser desenvolvidos, incorporando dados espaciais e ferramentas de geoprocessamento. Neste artigo é apresentado o modelo CAWM IV (Campus Agreste Watershed Model Version IV), um modelo conceitual desenvolvido com o intuito de contribuir principalmente para a modelagem hidrológica de bacias inseridas em regiões semiáridas. O artigo fornece o layout da estrutura do modelo matemático e um conjunto de resultados obtidos a partir da aplicação do modelo a bacias com características distintas. O modelo tem como principais características o número reduzido de parâmetros para calibrar e a incorporação das características físicas da bacia no cálculo de diversos atributos, com o objetivo de favorecer o processo de regionalização para outras bacias similares, particularmente por conta da escassez de dados de vazão. O modelo CAWM IV foi aplicado para quatro bacias localizadas no estado de Pernambuco, na região Nordeste do Brasil. O modelo apresentou comportamento adequado para 55 a 92% dos eventos simulados, dependendo dos critérios de indicadores de desempenho utilizados na análise.

ABSTRACT Despite the advances undertaken in recent years, modeling watershed’s hydrological responses remains a complex task, especially in data-scarce areas. In order to overcome this, new models with distinct representations of hydrological processes continue to be developed, incorporating spatial data and geoprocessing tools. In this article, the CAWM IV (Campus Agreste Watershed Model Version IV) model is presented. It is a conceptual model developed with the purpose of contributing mainly to the hydrological modeling of basins inserted in semi-arid regions. The article provides the layout of the mathematical model structure and a set of results obtained from the application of the model to basins with different characteristics. The main features of the model are the reduced number of parameters to calibrate and the incorporation of the basin physical characteristics in the calculation of several attributes, in order to facilitate the process of regionalization for other similar basins, particularly due to the absence of flow data. The CAWM IV model was applied to four basins located in the state of Pernambuco, in the Northeast region of Brazil. The model presented adequate behavior for 55 to 92% of the simulated events, depending on the criteria of performance indicators used in the analysis.

RESUMO O presente estudo buscou investigar a utilização de aplicativos móveis em smartphones, especificamente o aplicativo Hidromapp, como ferramenta técnica de suporte para a coleta de marcas de cheia, incluindo também a aplicação dos dados coletados no mapeamento de áreas de inundação. Para tal, no município de Jaqueira-Pernambuco, foram coletadas em campo informações sobre a inundação ocorrida em maio de 2017, utilizando smartphones e o aplicativo Hiromapp. As informações foram posteriormente utilizadas como dados de entrada para a modelagem e reconstituição da mancha de inundação, por meio de técnicas de geoprocessamento e Modelo Digital de Terreno de alta resolução (Pernambuco Tridimensional – PE3D). Para a avaliação dos resultados, a mancha de inundação reconstituída foi comparada com resultados de modelagem hidrodinâmica, a partir de indicadores estatísticos (RMSE e Índice de Sucesso Crítico - C). Além disso, foram observados aspectos relacionados ao desempenho do aplicativo Hidromapp enquanto ferramenta de suporte para a coleta em campo de marcas de cheia. Como resultados, o aplicativo demonstrou bom desempenho para a coleta de dados em campo, e o método aplicado possibilitou uma estimativa parcialmente adequada do evento reconstituído, em que a área (extensão) da inundação apresentou alto grau de similaridade com o modelo comparado, porém com ressalvas para as profundidades da lâmina d’água, em que foram detectadas discrepâncias consideráveis em alguns pontos da área de estudo.

ABSTRACT The present study aimed to investigate the use of mobile applications on smartphones, specifically the Hidromapp application, as a technical support tool for flood data collection, as well as its use in flood mapping. To this end, information about a flood event of May 2017 was collected in the municipality of Jaqueira-Pernambuco, using smartphones and the Hidromapp application. Information was later used as input data for modeling and floodplain reconstitution. The study used geoprocessing techniques and a high-resolution Digital Terrain Model (Pernambuco Tridimensional - PE3D). For result evaluation, the reconstituted floodplain was compared with hydrodynamic modeling results using statistical indicators (RMSE and Critical Success Index - C). The app presented a good performance as a support tool for field collection of floodmark data. The applied method allowed a partially adequate estimation of the reconstituted event, in which the flooded area (extension) showed a high degree of similarity with the compared model, but with caveats for water surface elevations, where considerable discrepancies were detected in some points of the study area.

Resumo Eventos extremos de cheia que ocorrem poucas horas após a precipitação em regiões de altas declividades, conhecidos como flash flood, são observados na bacia hidrográfica do rio Una. O artigo tem como objetivo avaliar a modelagem hidrológica e hidrodinâmica com dados sub-diários dos maiores eventos de cheia da bacia do rio Una nos anos de 2011 e 2017. Precipitação e vazão sub-diárias foram utilizadas nos modelos Hydrologic Engineering Center-Hydrologic Modeling System (HEC-HMS) e River Analysis System (HEC-RAS). A calibração foi avaliada pela eficiência de Nash-Sutcliffe (NSE), percentual de tendência e a razão dada pelo erro quadrático médio pelo desvio padrão dos dados observados (RSR). Os parâmetros taxa de infiltração máxima e coeficiente de pico do método HU Snyder apresentaram maior sensibilidade na calibração do HEC-HMS. A calibração exibiu um bom desempenho (estação Catende NSE=0.78, RSR=0.46; estação Palmares NSE=0.68, RSR=0.57). O modelo hidrodinâmico unidimensional apresentou instabilidades devido às regiões íngremes da bacia. A solução 2D foi necessária para superar esse problema, o que permitiu representar satisfatoriamente o nível da água na cidade de palmares.

Abstract Flash floods are observed in the Una River Basin, Pernambuco/Brazil. This particular type of flood is a short-duration hydrological event with occurrence of the peak flow within minutes to few hours after the onset of the rainfall, taking place typically in mountainous regions. The objective of the paper was to assess the sub-daily hydrological and hydrodynamic modeling of flood events in 2011 and 2017. Sub-daily precipitation and streamflow were applied to the models Hydrologic Engineering Center-Hydrologic Modeling System (HEC-HMS) and River Analysis System (HEC-RAS). Model evaluation methods such as Nash-Sutcliffe efficiency (NSE), percent bias, and the ratio of the root mean squared error to the standard deviation of measured data (RSR) were used in the calibration process. The maximum infiltration rate and the Snyder peak coefficient estimation were the most sensitive parameters in the hydrological model. The calibration of the HEC-HMS showed good performances (Catende station NSE=0.78 and RSR=0.46; Palmares station NSE=0.68 and RSR=0.57). During HEC-RAS 1D flow simulations, steep regions in the Una River caused numerical instabilities. The 2D solution was needed to overcome this problem, allowing us to represent the water level in the city of Palmares satisfactorily.

ABSTRACT This work deals with the regionalization of parameters of hydrological models in semi-arid regions with data scarcity, focusing on part of the Brazilian semi-arid region that involves the States of Ceará, Rio Grande do Norte, Paraíba and Pernambuco. The hydrological model adopted was the MODHAC - Self-Calibrating Hydrological Model. A total of 45 fluviometric gauge stations were selected with a minimum of eight consecutive years after 2000, in addition to the records from previous years. The main regionalization criterion was the proximity between the available flow gauge stations, also evaluating the choice based on physical and climatic properties for some stations. An analysis was made of factors that affect the quality of the flow series, as well as the rainfall gauge station network. The influence of reservoirs on these data and the deactivation of many rainfall stations were the most frequent problems. Considering different performance indicators, such as the Nash Efficiency Coefficient for the flow square root that was satisfactory in 63% of the cases, according to reference values presented in the literature the procedure was reasonably successful in quantifying the higher and medium flow, but it did not present in general a sound adjustment of the lower flows.

RESUMO Este estudo analisa a regionalização de parâmetros de modelos hidrológicos em regiões semiáridas com escassez de dados, tendo como foco parte do semiárido brasileiro que envolve os Estados do Ceará, Rio Grande do Norte, Paraíba e Pernambuco. O modelo hidrológico adotado foi o MODHAC - Modelo Hidrológico Auto-Calibrável. Foram selecionadas 45 estações fluviométricas com um mínimo de oito anos consecutivos de dados consistidos a partir do ano 2000, além dos registros de anos anteriores. O principal critério para regionalização foi a proximidade entre as estações fluviométricas disponíveis, sendo também avaliada a escolha com base em propriedades físicas e climáticas para algumas estações. Foi feita análise de fatores que afetam a qualidade das séries de vazões, bem como da rede de monitoramento pluviométrico. A influência de reservatórios sobre esses dados e a desativação de muitas estações de monitoramento das precipitações foram os problemas mais frequentes. Considerando diferentes indicadores de desempenho, como o Coeficiente de Nash para a raiz quadrada das vazões satisfatório em 63% dos casos, de acordo com valores de referência apresentados na literatura, o procedimento teve razoável sucesso para quantificar as vazões mais elevadas e médias, porém não apresentou em geral bom ajuste das vazões mais baixas.

RESUMO Para um estudo hidrogeológico adequado de camadas de aluvião no semiárido é importante conhecer bem sua geometria e suas propriedades. As formações aluviais são geralmente constituídas por processos de erosão, transporte e sedimentação, causando considerável heterogeneidade nos parâmetros hidráulicos do solo e no fluxo de água. A presente pesquisa teve como objetivo realizar uma caracterização geofísica através do Radar de Penetração no Solo – GPR no leito seco do rio Capibaribe. As mudanças nas camadas no conteúdo de água, granulometria, tipo de sedimento e orientação das camadas, o lençol freático, as estruturas sedimentares e os contatos litológicos tendem ser identificados, o que torna o método eficaz para investigação hidrogeológica. A área de estudo compreende as aluviões do leito seco do alto Capibaribe no município de Santa Cruz do Capibaribe. Os resultados mostraram que o GPR foi eficiente no imageamento da subsuperficie contribuindo para o conhecimento da geometria e da estratigrafia do aquífero do leito. No leito seco do rio, com antena de 400 MHz o sinal atingiu profundidade de 2,65 m e com antena de 200 MHz o sinal atingiu 6,00 m. A franja capilar foi identificada na profundidade de 3,0 m com o uso das antenas de 200MHz e 400MHz.

ABSTRACT For an adequate hydrogeological study of alluvial layers in the semi-arid zone, it is important to know well its geometry and its hydraulics characteristics. Alluvial formations are generally constituted by erosion, transport and sedimentation processes, causing considerable heterogeneity in soil hydraulic parameters and water flow. The present research had as objective to perform a geophysical characterization using the Ground Penetrating Radar – GPR in the dry bed of the Capibaribe river. To the extent that depositional layers exhibit changes in water content, granularity, sediment type and layer orientation, the water table as well as sedimentary structures and lithological contacts tend to be identified, making the method effective for hydrogeology research. The study area comprises alluvial dry river bed of upper Capibaribe river in the municipality of Santa Cruz do Capibaribe. The results showed that GPR was efficient in the imaging of the subsurface contributing to the knowledge of the geometry and the stratigraphy of the aquifer of the dry bed of the river. In the dry bed of the river, with 400 MHz antenna the signal reached a depth of 2.65 m, and with the antenna of 200 MHz, the signal reached a depth of 6.00 m. The capillary fringe was identified at a depth of 3.0m with the use of 200MHz and 400MHz antennas.

RESUMO Este trabalho descreve a metodologia e os resultados obtidos de uma pesquisa que teve como objetivo definir estratégias de operação do reservatório, mas especificamente dos volumes liberados pela descarga de fundo, na tentativa de reduzir as concentrações de fósforo e, consequentemente, a tendência à eutrofização das águas do reservatório Jucazinho, no Agreste Pernambucano. A metodologia do balanço de massa foi adotada para simular o fósforo total, em função de cenários de reduções do aporte deste nutriente através da implantação de estações de tratamento dos efluentes domésticos e industriais e no volume de água médio retirado do reservatório. Os cenários simulados indicaram que a operação adequada para a renovação da água juntamente com a implantação de padrões elevados de tratamento dos esgotos na bacia podem levar à recuperação da qualidade da água a médio prazo.

ABSTRACT This paper describes the steps taken and the results of a research that aimed to develop strategies for reservoir operation, but specifically the volumes released by bottom discharge in an attempt to reduce phosphorus concentrations and hence the tendency to eutrophication of the Jucazinho water reservoir , located in the Agreste Region of Pernambuco State, Brazil. A mass balance approach was adopted to simulate the total phosphorus, depending on scenarios of nutrient reductions through the implementation of treatment plants of domestic and industrial effluents and the average water withdrawn from the reservoir. The simulated scenarios indicated that the appropriate operation for the renewal of water along with the implementation of high standards of sewage treatment can lead to the recovery of water quality in the medium term.

O aporte de nutrientes constitui-se um dos maiores problemas em reservatórios artificiais. O rio Capibaribe, mais especificamente o trecho a montante do reservatório Jucazinho, é destino de esgotos domésticos, bem como de efluentes industriais. Esses efluentes, quando lançados sem tratamento adequado, geram uma série de perturbações no corpo hídrico e, mais adiante, chegam ao reservatório Jucazinho, ocasionando problemas ainda maiores como a eutrofização. O presente trabalho descreve a metodologia e os resultados obtidos com a formulação de um modelo que representa a carga de fósforo acumulado no reservatório Jucazinho, a partir de dados de fósforo total medidos ao longo da coluna de água. O estudo permitiu estimar a contribuição média de fósforo, bem como o percentual de redução desse elemento desde o lançamento dos efluentes no rio Capibaribe no trecho a montante até o reservatório, fornecendo subsídios para o planejamento da operação desse manancial.

The input of nutrients is a major problem related to artificial reservoirs. The Capibaribe river, specifically the upstream the Jucazinho reservoir, is the destination of domestic sewer and industrial effluents. These effluents, when discharged without proper treatment, generate a series of disturbances in the water body, later arriving at Jucazinho reservoir, causing even bigger problems such as eutrophication. This paper describes the methodology and the results obtained with the formulation of a model representing the phosphorus load accumulated in reservoir Jucazinho from measured data of total phosphorus throughout the water column. The study allowed us to estimate the average contribution of phosphorus as well as the reduction percentage of this element since the release of effluents into Capibaribe river upstream the reservoir, providing support for planning the operation of this water source.

Uma abordagem sustentável da drenagem urbana em ambientes construídos precisa integrar todo o sistema de águas urbanas. Uma das formas de se conseguir isso é melhorando a infiltração no próprio lote com a utilização de jardins de chuva, técnica do tipo controle na fonte, baseada no conceito de biorretenção e compensação das áreas impermeáveis. Este trabalho apresenta um estudo experimental de um jardim de chuva, em Recife, avaliando as funções de retenção, armazenamento e infiltração da água de chuva proveniente de um telhado. Devido à elevada taxa de infiltração na superfície (312,0 mm/h), as águas rapidamente se infiltram na estrutura. Os modelos introduzidos por Horton e Mezencev foram utilizados para representar as características de infiltração do solo natural e da primeira camada do jardim de chuva, tendo apresentado resultados satisfatórios. Uma análise de custo foi implementada, e avaliaram-se o desempenho e o custo de construção para diversos tempos de retorno (2, 5, 10 e 25 anos) e durações (de 10 min a 120 min). Durante o período de monitoramento não foi observado extravasamento na estrutura. O jardim de chuva piloto apresentou resultados satisfatórios, mostrando-se uma técnica aplicável para o manejo das águas pluviais urbanas.

A sustainable approach to urban stormwater drainage must integratethe entire urban drainage system. One way to achieve this is to maximize infiltration rates on the land lot by using rain gardens, which are a compensatory technique based on bioretention and waterproof areas compensation. This paper presents an experimental rain garden study, implemented in Recife, Brazil, evaluating the retention, storage and infiltration of the rainwater collected from the roof. Due to the high infiltration rates on the surface (312,0 mm/h), the waters quickly infiltrate into the structure. The models introduced by Horton and Mezencev were used to simulate the infiltration characteristics of the natural soil and those of the first layer of the rain garden, yielding satisfactory results. A financial cost analysis was carried out in order to estimate installation costs for recurrence times of 2, 5, 10 and 25 years, and rain durations of 10 min to 120 min. During the monitoring period,no overflow was observed. The pilot rain garden presented good results and proved to be a suitable technique for stormwater management.

As características climáticas e socioeconômicas do semi-árido brasileiro requerem tecnologias específicas de utilização e conservação dos recursos hídricos. É preciso analisar as alternativas de obtenção de água para usos diversos. Em contraposição às formas tradicionais de acumular água em pequenos reservatórios de superfície (açudes) e perfuração de poços no cristalino, têm-se buscado alternativas como poços de grande profundidade nas áreas sedimentares, metodologias para redução da evaporação e controle da salinização, destinação e uso de efluentes. Por fim, obras de integração de bacias hidrográficas e transporte de água a grande distância começam a ser construídas na região. A abordagem dessas diferentes políticas hídricas para o semi-árido é o objetivo deste trabalho.

The climatic, social and economic characteristics in the Brazilian semi-arid region require specific technologies of water resources uses and conservation. So, many alternatives for clean water acquisition must be analyzed. In opposition to the traditional way of accumulating water in small surface reservoirs and perforation of wells in crystalline terrains, alternatives have been looking like great depth wells in sedimentary areas, methodologies for evaporation reduction and salinization control, destination and use of effluents. Finally, works for river basins integration and water transport over long distances are starting to be built in Northeast region. The approach in those water policies for the Brazilian semi-arid region is the purpose of this paper.