ABSTRACT The main purpose of this work was to analyze the impact of land use and cover change in the Paraíba do Sul basin using SWAT model. Two land use and cover scenarios were analyzed, one referring to the year 1986 and other to the year 2015. The results showed that the SWAT model adjusted very well to the basin after calibration and validation. In addition, it was observed that in the scenario of 2015 the long-term flow rate was lower in a large part of the study area, especially the sub-basins in the stretch of the Paraibuna river. It was noticed that the changes in the behavior of the permanence curve were more representative in the Paraibuna river and in the Preto river. In the first one, due to the decrease of the forest area, the drought conditions and minimum flows were intensified. In the second, water availability improved in the 2015 scenario. Finally, the results presented here along with the calibrated SWAT model can help the water resource managers in the Paraíba do Sul basin and future works that aim to evaluate the impacts of climate change on the streamflow.

RESUMO Este trabalho teve como objetivo avaliar os impactos das alterações do uso e cobertura do solo na bacia do rio Paraíba do Sul utilizando o modelo SWAT. Foram avaliados dois cenários de uso e cobertura do solo, um referente ao ano de 1986 e outro ao ano de 2015. Os resultados mostraram que o modelo SWAT se ajustou muito bem a bacia, após a calibração e validação. Além disso, observou-se que no cenário de 2015 a vazão de longo período, foi inferior em grande parte da área de estudo, com destaque para as sub-bacias no trecho do rio Paraibuna. Notou-se que as alterações no comportamento da curva de permanência foram mais representativas nas estações do rio Paraibuna e do rio Preto. Que na primeira, devido a diminuição da área de floresta, as condições de seca e de vazões mínimas foram intensificadas. Já na segunda, a disponibilidade hídrica melhorou no cenário de 2015, devido ao aumento da área de floresta. Por fim, os resultados aqui apresentados juntamente com o modelo SWAT calibrado podem servir de auxílio aos gestores de recursos hídricos atuantes na bacia do rio Paraíba do Sul e para futuros trabalhos que visem avaliar, também, os impactos das mudanças climáticas sobre a vazão.

Resumo A Região Amazônica vem despertando interesse crescente da comunidade científica internacional devido às amplas possibilidades ambientais que suas densas florestas têm a oferecer no que diz respeito à regulação climática e recursos hídricos. Apesar dos muitos esforços de agências reguladoras de meio ambiente e centros de pesquisa, esta região ainda pode ser considerada pouco monitorada, especialmente dada sua grande importância regional e global. Modelos de vazão são apresentados como uma boa alternativa para taxas de fluxos estimadas em lugares inacessíveis ou de difícil monitoração. O objetivo deste trabalho é simular vazões para uma porção significativa da Bacia Amazônica usando o modelo hidrológico semidistribuído SWAT (Soil and Water Assessment Tool), adotando como referência as vazões observadas na estação de monitoramento de Altamira. Ressaltamos que um banco de dados foi especialmente preparado com parâmetros físicos, como uso do solo, topografia e tipos de solo, e informações do clima compreendidas entre os anos de 1985 e 2012, numa escala de tempo diária. A abordagem metodológica permitiu que fossem realizadas simulações hidrológicas muito condizentes com os valores de fluxos observados na estação de monitoramento de Altamira, permitindo um melhor entendimento dos processos hidráulico-hidrológicos na sub-bacia do Xingu e fornecendo informação para planejamento e tomada de decisões no que concerne ao gerenciamento de recursos hídricos nesta importante bacia.

Abstract The Amazon region is the subject of growing interest in the international scientific community due to the environmental services provided by its dense forests in climate regulation and freshwater. Despite many efforts from environmental management agencies and research centers, this region can still be considered poorly monitored, especially given its large regional and global importance. Rainfall-runoff models are presented as a good alternative to the estimated flow rates in inaccessible or difficult to watch places. This study simulated stream flows for a representative part of the Amazon basin using the Soil and Water Assessment Tool (SWAT) redistributed hydrological model, adopting as reference the streamflow observed in Altamira gauge station. The authors emphasize that a database was specially prepared with physical parameters such as land use, topography and soil types, and weather data encompassing the years from 1985 to 2012, at a daily time step. The chosen approach allowed carrying out hydrologic simulations that were consistent with the flow values observed at the Altamira gauge station, providing better understanding of hydraulic-hydrological processes in the Xingu subbasin and information for planning and decision-making on the management of water resources in this important river basin.

RESUMO A morfometria da bacia hidrográfica é um importante instrumento de diagnóstico da suscetibilidade à inundação. Este diagnóstico pode nortear o planejamento e a implementação de medidas mitigadoras para se evitar prejuízos causados por alagamentos. O objetivo deste trabalho foi estudar a suscetibilidade à inundação da bacia hidrográfica do Ribeirão do Espírito Santo (BHRES), localizada no município de Juiz de Fora, Minas Gerais, Brasil, por meio de sua caracterização morfométrica utilizando-se duas, três e cinco classes de vulnerabilidade. Para isso a bacia foi subdividida considerando dois níveis de detalhamento: no primeiro, menos detalhado, foram geradas três sub-bacias e no segundo, mais detalhado, foram geradas 65 microbacias. Nestas unidades de estudo foi avaliada a suscetibilidade morfométrica à inundação e os resultados foram comparados utilizando-se as técnicas de agrupamento "K-means e Fuzzy C-means". Os resultados demonstraram que o número de classes de vulnerabilidade adotada influencia o resultado da classificação das áreas, sugerindo que a utilização de critérios de validação de cluster pode ser usada para balizar tal escolha. Agrupamentos formados apenas por semelhanças morfométricas se distinguem daqueles obtidos pela metodologia utilizada para classificação de áreas suscetíveis à inundação, visto que a metodologia para análise de suscetibilidade transforma os valores numéricos de cada parâmetro morfométrico em uma classe de suscetibilidade, ponderando-o conforme sua implicação na inundação.

Abstract Watershed morphometry is an important tool to diagnose susceptibility to flooding. This diagnosis can guide the planning and implementation of mitigation measures to avoid flooding damage. The objective of this work was to study flooding susceptibility in Espírito Santo Stream Basin (ESSB), located in the municipality of Juiz de Fora, Minas Gerais, Brazil, based on its morphometric characterization using two, three and five classes of vulnerability. In order to accomplish this, the basin was divided considering two levels of detail: in the first, less-detailed level, three sub-basins were generated; and in the second, more-detailed level, 65 watersheds were generated. Morphometric susceptibility to flooding was evaluated in these study units and the results were compared using the K-means and Fuzzy C-means clustering techniques. The results showed that the number of classes adopted affects the result of classification vulnerability, suggesting that cluster validation criteria can be used to delimit the choice of the number of classes to be adopted. Groups formed only by morphometric similarities differ from those obtained by the methodology based on classification of areas susceptible to flooding, since the methodology for susceptibility analysis transforms the numerical values of each morphometric parameter in a class of susceptibility.

RESUMO Este estudo avaliou o potencial poluidor da bacia de contribuição do reservatório de Funil (BCRF), localizado na bacia hidrográfica do rio Paraíba do Sul, considerando a geração da carga de nutrientes, nitrogênio (N) e fósforo (P), por fontes pontuais e difusas, a partir de uma modelagem distribuída utilizando Sistema de Informação Geográfica (SIG). As cargas e concentrações médias anuais desses nutrientes foram geradas a partir do acoplamento de equações empíricas, em SIG, considerando informações espaciais de uso e cobertura do solo, população residente na bacia e vazão média anual de longo período, obtida por equações do tipo chuva vazão. Os resultados indicaram que 80% da carga total de nitrogênio foram provenientes de fontes pontuais e 20% de fontes difusas, enquanto que, da carga total de fósforo, 89,1% foram originadas de fontes pontuais e 10,9% de fontes difusas. As concentrações de nutrientes estimadas pelo modelo empírico apresentaram bons ajustes em relação aos valores observados de fósforo e de nitrogênio no rio Paraíba do Sul, com R²=0,96 (p<0,01) e R²=0,70 (p<0,01), respectivamente. Dessa forma, o modelo foi capaz de detectar, de forma significativa, a tendência das variações nas concentrações de nutrientes ao longo de diferentes trechos da BCRF.

ABSTRACT This study evaluated the potential polluter of the Funil Reservoir Contribution Basin (BCRF), located in the Paraíba do Sul River basin, considering the generation of nutrient loading, nitrogen (N) and phosphorus (P), due to point and diffuse sources from a distributed modeling using Geographic Information System (GIS). Loads and annual average concentrations of these nutrients were generated from the coupling of empirical equations, in GIS, considering spatial information such as land use/cover, population living in the basin and long period average annual flow obtained by equations of rainfall runoff. The results indicated that 80% of the total load of nitrogen was generated from point sources and 20% from diffuse sources, while 89.1% were originated from point sources and 10.9% from diffuse sources for the corresponding total load of phosphorus. The model estimated adequately the concentration when compared to the observed values and it was able to detect the trend of changes in nutrient concentrations along different sections of the BCRF highlighting significant correlations between the observed and simulated concentrations of phosphorus and nitrogen with R²=0.96 (p<0.01) and R²=0.70 (p<0.01), respectively.

Resumo As alterações de temperatura da água e a dinâmica de estratificação térmica de um ecossistema aquático influenciam diretamente os processos físicos, químicos e biológicos. Devido às perturbações em que esses ambientes estão expostos, tais como mudanças climáticas e usos múltiplos da água, os estudos por meio de modelagem são importantes para suportar tomadas de decisão emergenciais e planejamentos futuros. Neste contexto, este trabalho teve como objetivo principal avaliar o comportamento térmico do reservatório de São Pedro utilizado para abastecimento de água, localizado no município de Juiz de Fora, MG, por meio da modelagem matemática com o modelo IPH-ECO para avaliar a temperatura superficial da água, com base em dados meteorológicos e hidrológicos, representando as forçantes e as condições de contorno, respectivamente. A modelagem do regime térmico mostrou correspondência significativa entre os valores simulados e observados, caracterizando o reservatório como um ambiente homogêneo. As simulações indicaram que a contribuição dos afluentes determina o padrão de distribuição espaço-temporal da temperatura da água no reservatório, limitando ou regularizando a sua variabilidade da temperatura.

Abstract Water temperature changes and the dynamics of thermal stratification of an aquatic ecosystem directly influence physical, chemical and biological processes. Due to disturbances in these environments, such as climate change and multiple water uses, studies which employ modeling are important to support emergency decision-making and future planning. In this context, this study evaluated the thermal behavior of the water supply reservoir of São Pedro, located in the city of Juiz de Fora, MG, using mathematical modeling with the IPH-ECO model to evaluate the surface temperature of water, based on meteorological and hydrological data representing the forcing and boundary conditions, respectively. The modeling of the thermal system showed a significant correlation between predicted and observed values, characterizing the reservoir as a homogeneous environment. The simulations indicated that the tributary contribution determines the pattern of spatio-temporal distribution of water temperature in the reservoir, limiting or regulating the variability of its temperature.

Este trabalho foi desenvolvido, com sistemas alagados construídos (SACs), para avaliar a eficiência no tratamento de efluentes de laticínios. Procurou-se avaliar a influência de substratos e espécies vegetais, sobre a eficiência na remoção de DBO e regulação de pH, em seis unidades experimentais operadas, em batelada, em escala piloto. Os seis SACs foram montados em tanques de polietileno etileno de alta densidade (PEAD) com volume total de 100 litros, para tratamento de águas residuárias de laticínios (ARC). Os substratos utilizados foram a brita n° 0 em três dos SACs e brita n° 0 e areia em outros três, na proporção de 80% brita e 20% areia. Quatro unidades experimentais foram cultivadas e duas mantidas como testemunhas. As espécies selecionadas foram as macrófitas Typha dominguensis (taboa) e o Hedychium coronarium (lírio do brejo). A eficiência média mínima encontrada no tratamento foi de 77,8 % e máxima de 95,2 %, em termos de remoção de DBO, e foi mantida a faixa de pH entre 5 e 9, conforme estabelecido pela Resolução CONAMA 430/2011, para lançamento e curso de água. Os seis tratamentos apresentaram remoção de compostos carbonáceos biodegradáveis semelhantes não havendo diferenças significativas entre tratamentos com nível de confiança de 95%. O estudo mostrou que os SACs operando em batelada podem ser utilizados no tratamento de águas residuárias de laticínios para a remoção de DBO e regulação do pH.

This work assessed the effectiveness of using constructed wetlands (CW's) to treat dairy effluent. The purpose of the research was to evaluate the influence of substrates and cultivated plants on the efficiency of Biochemical Oxygen Demand (BOD) removal and pH regulation in six experimental units operating at pilot scale. Six CW's for dairy sewage treatment were constructed in 100-liter High-Density Polyethylene Ethylene (HDPE) tanks. Three constructed wetlands containing fine gravel (0 mm) and another three with a mix of 20% sand and 80% fine gravel (0 mm) were used in the filtering stage. Four experimental units were planted with the macrophytes Typha dominguensis (cattail) and Hedychium coronarium (pond lily), the selected plants for this study, and two others were maintained as control units. A minimum average of 77.8% and a maximum of 95.2% BOD efficiency removal were achieved and a pH range of 5 to 9 was maintained as required by the Brazilian Resolution CONAMA N. 430 /2011 in order to release the effluent into a waterway. The six treatments showed similar removal of biodegradable carbonaceous compounds with no significant differences between the treatments at a 95% confidence level. This work showed that CW's operating in batch can be used to treat dairy raw water for BOD removal and pH regulation.

Um diagnóstico físico-ambiental pode auxiliar no entendimento dos mecanismos que atuam nas áreas naturais e antropizadas, permitindo orientar as atividades a serem desenvolvidas, de maneira a subsidiar ações preservacionistas e conservacionistas, evitando-se intervenções irreversíveis e conservando os recursos naturais da região. Neste contexto, o objetivo deste trabalho foi estudar a Bacia Hidrográfica do Ribeirão do Espírito Santo (BHRES), em Juiz de Fora, Minas Gerais, Brasil, através de um diagnóstico físico ambiental para identificação da vulnerabilidade à erosão superficial, utilizando como ferramentas parâmetros morfométricos, declividade do terreno, uso/cobertura do solo e tipo de solo na região. Apesar de a BHRES ser eminentemente rural, suas características morfométricas, declividade, uso/cobertura e tipo de solo indicam alta vulnerabilidade à erosão superficial, demandando que se adotem ações mitigadoras para preservação das áreas de regeneração da vegetação arbórea, bem como planejamento do manejo de plantações florestais e pastagens, de forma a conservar os corpos hídricos, controlar o crescimento da silvicultura na região, minimizar áreas de solo exposto e gerenciar o crescimento urbano e industrial, uma vez que esta bacia abriga um dos mais importantes mananciais de abastecimento de Juiz de Fora.

A physical environmental diagnosis may help understand the mechanisms that operate in natural and disturbed areas, allowing guidance of the activities to be developed in order to subsidize preservationist and conservationist actions. Thereby, avoiding irreversible interventions and conserving the region's natural resources. In this context, the aim of this work is to study the Espírito Santo River Watershed (ESRW), in Juiz de Fora, Minas Gerais, Brazil, by doing a physical environmental assessment to identify vulnerability to surface erosion. In order to achieve that, morphometric parameters, terrain slope, use/land cover and soil type in the region were used. Although ESRW is predominantly rural, its morphometric characteristics, slope, use/cover and soil type indicate high vulnerability to surface erosion. Our findings show a demand by the adoption of mitigation measures for the preservation of regenerating wooded areas, as well as planning the management of forest plantations and pastures. Hence conserving water bodies, controlling the growth of forestry in the region, minimizing areas of exposed soil and managing urban and industrial growth, since this basin is home to one of the most important sources of supply to Juiz de Fora.

Este trabalho apresenta os resultados de um estudo realizado durante 7 (sete) meses sobre a eficiência de sistemas alagados construídos, no tratamento de águas residuárias de laticínios, com ênfase na remoção de nitrogênio e fósforo. Os 6 (seis) sistemas experimentais foram construídos em tanques de PEAD com volume de 115 litros cada, com relação comprimento/largura na proporção de 2:1. Os materiais suporte utilizados foram brita 0 em três dos sistemas e brita 0 e areia em outros três, na proporção de 80% brita e 20% areia. Os sistemas foram operados em bateladas com ciclos de 48 horas, aplicando-se 7,5 litros do efluente por ciclo. Quatro das unidades experimentais foram cultivadas e duas mantidas como testemunhas. As espécies selecionadas foram as macrófitas Typha dominguensis e o Hedychium coronarium. A eficiência na remoção de compostos nitrogenados apresentou-se promissora com valores entre 29,4 a 73,4%, a remoção de fósforo pelos leitos foi inferior, atingindo eficiências entre 18,61 a 34,3%, valores promissores levando em conta a dificuldade da remoção destes elementos por sistemas convencionais.

This work presents the results of a study conducted for a period of seven months on the effectiveness of constructed wetland systems for the treatment of dairy wastewater aiming at removing, nitrogen and phosphorus. Six experimental systems were assembled with a net volume of 115 L using HDPE tanks, with length/width ratio of 2:1. In three of the systems, gravel 0 was used as substrate, while gravel 0 and sand was used in the three others, in the percentage of 80% and 20%, respectively. The systems were operated in batch cycles of 48 hours, applying 7.5 L of influent per cycle. Four of the experimental units were cultivated, and two kept as controls. The selected species chosen were the macrophytes, Typha domingensis and Hedychium coronarium. The removal efficiency concerning nitrogen compounds showed to be quite promising with values ranging from 29.4 to 73.4%, while phosphorus removal from the beds was lower, reaching efficiencies between 18.61 and 34.3%, considered good values, since the removal of these substances is quite difficult through conventional treatment.

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.