ABSTRACT Regarding the Brazilian textile industry, part of the northeast region stands out as the second-largest textile manufacturing hub in the country. Despite its importance, this industrial activity has been bringing relevant environmental concerns regarding the disposal of textile effluents, especially from industrial laundries. This waste contains many chemicals and among them are various types of heavy metals. To assess environmental risks associated with heavy metals, pollutant transfer needs to be investigated. This study evaluated the retention and mobility of heavy metals Cd and Cu in alluvial soil, through soil column tests. The up-flow column percolation tests were performed using a nonreactive tracer (KBr) at a concentration of 0.3 mol L-1 and injecting a metallic solution containing Cu and Cd at 100 and 60 mg L-1, respectively. The injection flow rate was 0.75 mL min-1. The hydro-dispersive parameters were obtained by modeling the observed breakthrough curves with the convection-dispersion equation (CDE) and the two-region model, also referred to as the MIM (Mobile-IMmobile waters) model. The transport parameters were obtained from the two-site model (TSS). All elution curves were fitted to the models with the CXTFIT 2.0 program. The Two-Site Sorption Model was the best for the case studied, with R2 of 0.985 and 0.995 for Cu and Cd, respectively. The values of R were considerably higher than the unit, presenting an average of 2.138 for Cu and 1.907 for Cd. This indicates a delay of these contaminants when leaving the column, which is caused by the interaction of these chemical compounds with the soil. The values obtained for parameter D were 3.469 for Cu and 5.205 for Cd. Thus, the metals in this study present a risk of groundwater contamination for the local alluvial aquifers. The main reason for that is the physicochemical features of the soil, such as high sand content (85 %) and low OM content (2.1 %). The results also indicated greater retention and less mobility for Cu than for Cd, pointing to a greater risk for Cd.

Resumo No projeto de obras de engenharia hidráulica, a estimativa de uma precipitação de projeto é extremamente importante. A previsão de chuva depende de vários fatores, o que simplifica sua estimativa com processos estocásticos. Nesse sentido, as distribuições de Gumbel (GUM), dois parâmetros Log-Normal (LN2P), valor extremo generalizado (GEV), Fréchet com dois e três parâmetros (FRE2P e FRE3P), Weibull com dois e três parâmetros (W2P e W3P), Gamma (GAM2P) e Pareto com dois e três parâmetros (PAR2P e PAR3P) foram avaliadas quanto ao ajuste de precipitação diária máxima anual (AMDP) na cidade de Caruaru (agreste de Pernambuco). Foi utilizada uma série de AMDP, com base em dados obtidos na Agência Nacional de Águas (ANA). Para avaliar a qualidade da aderência das distribuições, foram utilizados os testes de aderência Anderson Darling (AD), Kolmogorov-Smirnov (KS), Qui-quadrado de Pearson (χ2) e o coeficiente de determinação (R²). O Método da Verossimilhança apresentou uma qualidade de ajuste melhor que o Método do Momento. A distribuição GEV obteve os melhores resultados para o teste AD nos dois métodos para estimar os parâmetros. Entre os testes de adesão utilizados, o teste de AD foi considerado o mais restritivo. Para verificar a adequação dos parâmetros de qualidade às relações IDF, foi utilizado o coeficiente de desempenho Willmott. Para todas as distribuições empregadas neste estudo, os coeficientes de desempenho de Willmott apresentaram valores acima de 0,99, proporcionando um ajuste perfeito das relações IDF com coeficientes de determinação próximos de 1,0.

Abstract In the design of hydraulic engineering works, the estimation of project precipitation is fundamental. Rain forecasting depends on several factors, which makes estimating it simpler with stochastic processes. In this sense, the distributions of Gumbel (GUM), Log-Normal two-parameter (LN2P), Generalized Extreme Value (GEV), Fréchet with two and three parameters (FRE2P and FRE3P), Weibull with two and three parameters (W2P and W3P), Gamma (GAM2P), and Pareto with two and three parameters (PAR2P and PAR3P) were evaluated to the annual maximum daily precipitation (AMDP) adjustment in the city of Caruaru (Pernambuco´s Agreste). A series of AMDP was used, based on data obtained from the National Water Agency (Agência Nacional de Águas - ANA). Anderson Darling (AD), Kolmogorov-Smirnov (KS) and Pearson Chi-square (χ2) adherence tests, and the determination coefficient (R²) were used to assess the adherence quality of the distributions. The Likelihood Method presented a better fit quality than the Moment Method. The GEV distribution obtained the best results for the AD test in both methods to estimate the parameters. Among the adherence tests used, the AD test was considered the most restrictive. To verify the quality parameters’ fitness to the IDF relations, the Willmott performance coefficient was used. For all distributions employed in this study, Willmott performance coefficients presented values above 0.99, giving a perfect fit of IDF relations with determination coefficients close to 1.0.

Resumo O Arranjo Produtivo Local localizado no Agreste de Pernambuco vem desenvolvendo significativamente a economia da região. Apesar da sua importância, a atividade industrial traz preocupações ambientais relevantes no que diz respeito à eliminação de efluentes têxteis, principalmente das lavanderias industriais. Esses resíduos são compostos por diversos produtos químicos e, entre eles, vários tipos de metais pesados. A avaliação do comportamento de sorção de mecanismos de transporte de contaminantes como metais pesados é essencial para avaliar o risco de contaminação de aquíferos aluviais. Este estudo avaliou a sorção de metais pesados (Cu e Cd) em um depósito de sedimento aluvial no rio Capibaribe. Experimentos cinéticos e isotérmicos permitiram as análises de sorção de Cu e Cd. A cinética de sorção mostrou uma tendência de equilíbrio após 16h para Cu e 18h para Cd e foi melhor descrita por um modelo de pseudo-segunda ordem. Os dados de isoterma foram ajustados aos modelos Linear, Freundlich e Langmuir. Os modelos linear e de Freundlich descreveram satisfatoriamente as isotermas de sorção para os dois poluentes. Os metais em estudo representam risco de contaminação das águas subterrâneas de aquíferos aluviais, principalmente devido aos atributos físico-químicos do solo, como alto teor de areia (85%), baixa MO (2,1 g kg-1) e pH alcalino (8,2 ) As condições ambientais diminuem a absorção e facilitam a mobilidade do metal, aumentando muito os riscos ambientais inerentes à lixiviação de poluentes. O Cu apresentou maior afinidade com o solo estudado em todos os ensaios realizados em comparação com os resultados dos ensaios para o Cd.

Abstract The Local Production Arrangement, located in the Pernambuco’s Agreste state, has been significantly developing the region's economy. Despite its importance, industrial activity has caused relevant environmental concerns regarding the disposal of textile effluents, especially from industrial laundries. This waste is made up of many chemicals, and among them are various types of heavy metals. The evaluation of the sorption behavior of contaminant transport mechanisms such as heavy metals is essential to assess the risk of contamination of alluvial aquifers. This study evaluated the sorption of heavy metals (Cu and Cd) in an alluvial sediment deposit in the Capibaribe River. Kinetics and isotherm experiments allowed the analyses of Cu and Cd sorption. Kinetics sorption showed an equilibrium tendency after 16 h for Cu and 18 h for Cd and was better described by a pseudo-second order model. The isotherm data were adjusted to the Linear, Freundlich and Langmuir models. Both linear and Freundlich models satisfactorily described sorption isotherms for the two pollutants. The metals in the study represent a risk of contamination of the groundwater of alluvial aquifers, mainly due to physicochemical attributes of the soil, such as high sand content (85%), low MO (2.1 g kg-1) and alkaline pH (8.2). The environmental conditions decrease absorption and facilitate metal mobility, greatly increasing the environmental risks inherent in pollutant leaching. Cu showed a higher affinity with the soil studied in all assays performed compared with the results of the tests for Cd.

RESUMO As funções de retenção de água no solo e condutividade hidráulica são indispensáveis para a caracterização e modelagem dos processos de infiltração e transferência de água na zona vadosa. No caso do semi-árido brasileiro, caracterizado pela escassez de recursos hídricos, faltam informações sobre as propriedades hidrodinâmicas do solo. Além disso, essas propriedades possuem inúmeros fatores de variabilidade, sendo essencial a caracterização de sua magnitude, bem como sua distribuição no espaço. Esta pesquisa apresenta uma análise das propriedades hidrodinâmicas de um solo sob mata nativa da Caatinga, típica do semi-árido brasileiro, observando sua distribuição espacial. Uma malha de 48 pontos foi desenvolvida em uma área de aproximadamente 875 m2, onde foi aplicada a metodologia Beerkan. As análises foram realizadas com base na aplicação do algoritmo BEST-Slope e em medidas estatísticas de posição, dispersão e aderência. Os resultados mostraram índices de variabilidade médios a altos para as propriedades hidrodinâmicas, com distribuição espacial aleatória, apesar da verificação de uma textura homogênea na área. Assim, verificou-se que a estrutura do solo foi preponderante nos processos de infiltração de água.

ABSTRACT The functions of soil water retention and hydraulic conductivity are indispensable for the characterization and modeling of the infiltration and water transfer processes in the vadose zone. In the case of the Brazilian semi-arid region, characterized by the scarcity of water resources, there is a lack of information on the hydrodynamic properties of the soil. Also, these properties have numerous factors of variability, requiring the characterization of their magnitude and distribution in space. This research presents an analysis of the infiltration process and the hydrodynamic properties of the soil under native Caatinga forest, observing its spatial distribution. This vegetation is typical of the Brazilian semi-arid region. One developed a 48-point grid in an area of approximately 875 m2, and applied on it the Beerkan methodology. The analyzes were performed based on the application of the BEST-Slope algorithm and statistical measures of the position, dispersion, and adherence tests. The results showed medium to high variability indices for the hydrodynamic properties, with random spatial distribution, despite the verification of a homogeneous texture in the area. Thus, it was found that the soil structure was predominant in the processes of water infiltration.

Resumo As águas residuais das indústrias têxteis são carregadas com corantes sintéticos. Esses efluentes geralmente não são tratados adequadamente, afetando a qualidade do solo e das águas subterrâneas, levando à contaminação ambiental. O Agreste de Pernambucano abriga um dos maiores centros têxteis do Brasil. Portanto, este trabalho tem como objetivo estudar o comportamento do corante Remazol Black B (RB5) em meios subsuperficiais nessa região. Os experimentos de cinética e sorção isotérmica permitiram avaliar a capacidade de retenção do RB5 em duas camadas de solo aluvial do leito seco do rio Capibaribe. A taxa máxima de sorção foi de 81,81 mg kg-1 e 21,7 mg kg-1 para a camada areia franco e camada areia, respectivamente. O modelo cinético de pseudo-segunda ordem descreveu mais adequadamente a cinética de sorção para ambos os solos. O comportamento das isotermas foi não-linear e o modelo de Freundlich foi o mais adequado para descrever esse processo para ambos os solos, apresentando valores de KF de 8,6407 L kg-1 para areia franco e 0,1868 L kg-1 para areia. Os parâmetros isotérmicos confirmam uma interação mais significativa do RB5 com a camada de areia franco do que com a camada de areia, indicando menor lixiviação na primeira camada, menos móvel para a contaminação por RB5. Além disso, as diferentes taxas de sorção para os dois solos indicam a importância do estudo do solo como um perfil heterogêneo.

Abstract Wastewater from textile industries is loaded with synthetic dyes. These effluents are often not adequately treated, affecting the soil and groundwater quality and leading to environmental contamination. The Agreste mesoregion of the state of Pernambuco is home to one of the largest textile centers in Brazil. This work therefore aims to study the behavior of Remazol Black B (RB5) dye in subsurface mediums in this region. The kinetics and isotherm sorption experiments allowed an evaluation of RB5 retention capacity in two layers of alluvial soil of the dry riverbed of the Capibaribe Basin. The maximum sorption rate was 81.81 mg kg-1 and 21.7 mg kg-1 for the loamy sand and sand layers, respectively. The Pseudo-second order kinetic model described more appropriately the sorption kinetics for both soils. The isotherms behavior was nonlinear, and Freundlich model was the most suitable to describe this process for both soils, presenting KF values of 8.6407 L kg-1 for loamy sand and 0.1868 L kg-1 for sand. The isotherm parameters confirm a more significant interaction of RB5 with the loamy sand layer than with the sand layer, indicating lower leaching in the first layer, which is less mobile for RB5 contamination. Furthermore, the different sorption rates for both soils indicate the importance of studying the soil as a heterogeneous profile.

RESUMO O elevado processo de urbanização tem provocado profundas alterações nos componentes do ciclo hidrológico, ocasionando diversos problemas como inundações, degradação das águas pluviais, entre outros. As técnicas de Desenvolvimento de Baixo Impacto (LID) provaram ser uma alternativa viável e eficaz na gestão das águas pluviais, reduzindo o escoamento superficial e aumentando a capacidade de infiltração e evapotranspiração das áreas urbanas. A previsão do funcionamento de uma técnica compensatória como um pavimento permeável depende das propriedades hidrodinâmicas das camadas do pavimento permeável, bem como das propriedades hidráulicas do subsolo. Os modelos baseados na solução numérica da equação de Richards têm sido os mais utilizados para a estimativa dos processos de transferência de água. O objetivo deste trabalho foi investigar a influência dos parâmetros hidrodinâmicos no comportamento hidráulico de um pavimento permeável instalado na cidade de Recife-PE. O efeito de 5 parâmetros hidrodinâmicos foi analisado para um pavimento permeável altamente heterogêneo. Foi utilizado o modelo Hydrus 1-D para simular os processos de transferência de água num pavimento permeável. Inicialmente foi realizada uma análise de sensibilidade do grau de refinamento da malha para simulação dos processos de transferência no pavimento permeável. O método de superfície de resposta foi aplicado para a análise de sensibilidade aos parâmetros hidrodinâmicos. As estimativas foram realizadas para as escalas de tempo diária e horária. Como resultados, observou-se que a discretização espacial não exerceu influência nos cenários das variáveis de fluxo. O uso de uma escala de tempo diária diminuiu a influência dos eventos de maior intensidade de precipitação, subestimando a geração de escoamento superficial. A lâmina escoada apresentou maior sensibilidade aos parâmetros da camada superficial, principalmente à condutividade hidráulica saturada. A infiltração e recarga acumuladas apresentaram baixa sensibilidade à variação dos parâmetros. A estimativa da lâmina armazenada no perfil foi mais sensível aos parâmetros ‘θs’ e ‘n’ da camada de subbase. A utilização de dados de entrada climatológicos com diferentes resoluções temporais para a simulação dos processos de transferência de água na seção do pavimento permeável demonstrou que na resolução diária os parâmetros hidrodinâmicos apresentam maior influência que as variáveis climáticas. A utilizados de dados climatológicos com resolução temporal horária demonstrou que o escoamento superficial foi hipoteticamente controlado pelas variáveis meteorológicas. A análise de sensibilidade da malha e dos parâmetros pode influenciar pesquisas que busquem entender os processos de transferência de água em uma estrutura como um pavimento permeável através da equação de Richards, gerando um menor custo operacional e dando celeridade às simulações.

ABSTRACT The high urbanization process has caused profound changes in the components of the hydrological cycle, causing various problems such as flooding, rainwater degradation, among others. Low Impact Development (LID) techniques have proven to be a viable and effective alternative to stormwater management, reducing runoff, and increasing the infiltration and evapotranspiration capacity of urban areas. The operation prediction of a compensatory technique, such as permeable pavement, depends on the hydrodynamic properties of the permeable pavement layers and the subsoil properties. The numerical solutions based on the solution of Richards’ equation have been the most used to estimate water transfer processes. The objective of this work was to investigate the influence of hydrodynamic parameters on the hydraulic behavior of a permeable pavement installed in Recife-PE. The effect of 5 hydrodynamical parameters was analyzed for a highly heterogeneous permeable pavement. The Hydrus 1-D model was used to simulate water transfer processes on the permeable pavement. Initially, a sensitivity analysis of the mesh refinement degree was performed to simulate the transfer processes in the permeable pavement. The response surface method was applied to the hydrodynamic parameters to perform the sensitivity analysis. The calculations were carried out for hourly and daily time scales. As a result, it was observed that the spatial discretization had no influence on the scenarios of the flow variable. The use of a daily time resolution reduced the influence of events with higher precipitation intensity, underestimating the generation of runoff. The surface runoff showed higher sensitivity to the parameters of the superficial layer, especially to the saturated hydraulic conductivity. The cumulative infiltration and groundwater recharge showed low sensitivity when the hydrodynamic parameters of the retention curve and the saturated hydraulic conductivity varied. The volume of water stored in the profile showed higher sensitivity to the ‘θs’ and ‘n’ parameter of the subbase layer. The use of meteorological input data with different temporal resolutions for the simulation of the water transfer processes in the permeable pavement section demonstrated that the hydrodynamic parameters have a higher influence than the climatic variables in the daily resolution. The use of meteorological data with hourly temporal resolution demonstrated that runoff was hypothetically controlled by meteorological variables. The mesh and parameter sensitivity analysis can influence researches that seek to understand water transfer processes in a structure as a permeable pavement through the Richards’ equation, generating a lower operating cost and speeding up simulations.

RESUMO Pavimento permeável é uma alternativa para o manejo das águas pluviais urbanas que permite a redução da precipitação efetiva através do processo de infiltração. O estudo avaliou a capacidade de infiltração de um pavimento permeável (PP) de blocos vazados de concreto no estacionamento da Universidade Federal de Pernambuco. A caracterização hidrodinâmica e a capacidade de infiltração foram analisadas em escala real, utilizando infiltrômetro de anel simples de 100 cm de diâmetro através do método Beerkan. Realizaram-se ensaios de infiltração em doze pontos do PP. Foi aplicado o algoritmo BEST na sua versão Best-Intercept e Best-Slope, para a estimativa dos parâmetros hidrodinâmicos da equação de van Genutchen e Brooks e Corey para as curvas de retenção e de condutividade hidráulica da superfície do pavimento permeável. Os valores da condutividade hidráulica saturada determinados pelo método BEST Intercept foram superiores aos obtidos pelo BEST Slope. Os valores da Sorvidade estimados pelo BEST Slope e Intercept foram semelhantes, sendo os valores do BEST Slope ligeiramente superiores. Observou-se moderada variabilidade da infiltração na superfície do PP, como também dentro do mesmo tipo de textura. O método Beerkan demonstrou ser adaptável para medir, em escala de campo, a infiltração tridimensional na camada de revestimento do pavimento permeável.

ABSTRACT Permeable pavement (PP) is an alternative for the management of urban rainwater that allows the reduction of effective precipitation through the infiltration process. In this study was evaluated the infiltration capacity of a PP of hollow concrete blocks in a parking lot of the Federal University of Pernambuco. The hydraulic characterization and the infiltration capacity were analyzed in real scale, using a simple ring infiltrometer of 100 cm in diameter through the Beerkan method. Infiltration tests were carried out at twelve points of the PP. The BEST algorithm was applied in it Best-Intercept and Best-Slope version, to estimate the hydraulic parameters of the van Genutchen and Brooks and Corey equations for the retention and hydraulic conductivity of the PP surface. The values of saturated hydraulic conductivity determined by the BEST Intercept method were higher than those obtained by BEST Slope. The sorptivity values estimated by BEST Slope and Intercept were similar, with BEST Slope values slightly higher. Moderate infiltration variability was observed on the PP surface, as well as within the same type of texture. The Beerkan method proved to be adaptable to measure, in field scale, the three-dimensional infiltration in the PP covering layer.

Resumo O semiárido pernambucano é uma região que apresenta grande déficit hídrico, levando a população a explorar os recursos hídricos subterrâneos como os aquíferos aluvionares. O estado de Pernambuco também se destaca por conter o segundo maior polo de confecções têxteis do Brasil. No entanto, o lançamento direto de efluentes têxteis provenientes das indústrias da região tem intensificado os impactos negativos na conservação da água e dos solos aluvionares. O objetivo deste trabalho consiste na caracterização da sorção do corante Direct Black 22 (DB22) em solos de duas camadas de um aluvião na bacia do Capibaribe-PE. Os ensaios de Bacth (cinética e isotermas de sorção) permitiram avaliar o potencial de retenção e mobilidade desse composto nesse ambiente. A cinética de sorção foi verificada com os tempos de agitação de 0,25; 0,5; 1; 2; 4; 6; 8; 10; 12; 24; 48 e 72 horas e os dados experimentais foram ajustados aos modelos cinéticos de primeira e segunda. A isoterma ocorreu com concentrações de 1; 5; 10; 15; 20; 32,5 e 40 mg.L-1, e os dados experimentais foram ajustados ao modelo linear, de Freundlich e de Langmuir. A cinética de sorção do DB22 foi melhor descrita pelo modelo de segunda ordem e as isotermas de sorção para Camadas 1 e 2 ajustaram-se adequadamente aos modelos de Freundlich e Linear. Os teores de matéria orgânica e a capacidade de troca catiônica das camadas de solo foram propriedades que influenciaram na sorção do corante. A camada superficial privilegia fenômenos de retenção do corante enquanto que a camada subsuperficial privilegia fenômenos de mobilidade do corante.

Abstract The semiarid region of Pernambuco has a large water deficit, leading the population to explore groundwater resources such as alluvial aquifers. The state of Pernambuco also stands out for having the second-largest textile manufacturing center in Brazil. However, the direct discharge of textile effluents from the region's industries has intensified the negative impacts on water conservation and alluvial soils. This work characterized the sorption of Direct Black 22 dye (DB22) in two layers of alluvial soil in the Capibaribe-PE basin. Batch experiments (kinetics and sorption isotherms) allowed the evaluation of the retention potential and mobility of this compound in this environment. Sorption kinetics were verified for stirring times of 0.25; 0.5; 1; 2; 4; 6; 8; 10; 12; 24; 48 and 72 hours and the experimental data was adjusted to the first- and second-order kinetic models. The isotherm occurred with concentrations of 1; 5; 10; 15; 20; 32.5 and 40 mg.L-1 and experimental data was adjusted to the linear, Freundlich and Langmuir models. The sorption kinetics of DB22 was best described by the second-order model, while the Freundlich and Linear models properly fitted sorption isotherms for Layers 1 and 2. The organic matter contents and the cation-exchange capacity of the soil layers influenced the sorption of the dye. The superficial layer privileges dye retention phenomena, while in the subsurface layer dye mobility phenomena prevail.

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.