RESUMO O Complexo Estuarino Lagunar Mundaú-Manguaba (CELMM) é um sistema composto por duas lagunas costeiras do tipo sufocadas, que estão conectadas por canais estreitos e compartilham uma única embocadura, que muda de posição dinamicamente. Este estudo avalia os efeitos que as alterações morfológicas na embocadura do CELMM provocam na qualidade da água usando o Sistema Hidrodinâmico Ambiental (SisBaHiA®) e o Índice de Estrado Trófico (TRIX). Os resultados mostraram que, no interior das lagunas, as concentrações dos parâmetros avaliados são influenciadas principalmente pelo aporte fluvial, não sendo verificadas grandes alterações nos valores médios das concentrações na região das embocaduras nos três anos simulados (2006, 2014 e 2017). O índice TRIX apresentou maiores alterações no período chuvoso, observando-se redução dos valores de TRIX com o aumento da vazão nas porções noroeste e central da laguna Mundaú e, aumento dos valores de TRIX com o aumento da vazão na laguna Manguaba.

ABSTRACT The Mundaú-Manguaba Estuary Lagoon Complex (CELMM), located on the coast of Alagoas state in Northeastern Brazil, consists of two choked coastal lagoons connected to the Atlantic Ocean by a series of narrow channels, establishing a single tidal inlet, which dynamically alters their position. This study uses the modeling system SisBaHiA® (in Portuguese, Sistema Hidrodinâmico Ambiental) and Trophic Index (TRIX) to evaluate how morphological changes in the CELMM can influence the water quality of the lagoons. The results showed that water quality is mainly influenced by river discharge regimes, with no major changes in the region of the tidal inlet for the three simulated years (2006, 2014 and 2017). Trophic index showed greater changes in the rainy season, with a decline in values as river discharge increases, mainly in the northwest and central portions of the Mundaú Lagoon. In the Manguaba Lagoon an opposite pattern was found, namely a rise in the Trophic index with increased river discharges.

Resumo O Complexo Estuarino Lagunar Mundaú-Manguaba está localizado no litoral do estado de Alagoas, no nordeste do Brasil, é formado por duas lagunas rasas, Mundaú e Manguaba, que constituem um sistema de lagunas sufocadas, conectadas com o oceano Atlântico por um conjunto de canais estreitos com uma única saída, que altera a sua posição dinamicamente. Este trabalho investiga como as variações do aporte fluvial e do vento influenciam a circulação hidrodinâmica, a renovação das águas, a salinidade e a temperatura nas lagunas usando o Sistema de Hidrodinâmica Ambiental computacional, SisBaHiA®. Os valores da posição da superfície livre obtidos pelo modelo foram confrontados com dados medidos em dois pontos do complexo, apresentando uma boa concordância. As análises foram realizadas para as estações seca e chuvosa e para um evento extremo, com vazões dos rios muito elevadas. O sistema de canais das lagunas é um filtro eficiente na redução os efeitos da maré nas lagunas. Dentro das Lagunas de Manguaba e Mundaú, as amplitudes da maré são reduzidas em cerca de 90% e 80%, respectivamente, em comparação com a fronteira aberta. O tempo de residência calculado variou entre 11 e 365 dias para a laguna Manguaba e entre 2 e 180 dias para Mundaú, permitindo identificar possíveis áreas de estagnação. Os resultados do modelo de transporte de sal e calor mostram um prolongado período com baixas concentrações de salinidade e uma lenta recuperação dos valores de salinidade após o período chuvoso; a temperatura da água nas lagunas apresenta pouca variação espacial e temporal.

Abstract The Mundaú-Manguaba Estuary Lagoon Complex is located on the coast of Alagoas state in Northeastern Brazil, and consists of two shallow lagoons, Mundaú and Manguaba, that form a system of choked lagoons which are connected to the Atlantic Ocean by a series of narrow channels with a single outlet which dynamically alters its position. This study uses the Hydrodynamic Environmental System, SisBaHiA® to investigate how variations in river discharge and wind influence hydrodynamic circulation, water renewal, salinity and temperature in the lagoons. The free surface positions, obtained by model, were compared with the free surface positions measured at two points of the complex, showing good agreement. The analyses were carried out for dry and wet seasons and extreme events with very high freshwater discharge. The channel system of the lagoons is an efficient filter in reducing tidal variability inside the lagoons. The tidal ranges in the Manguaba and Mundaú Lagoons are 90% and 80% lower, respectively, as compared with the values in the open boundary. The residence time calculated varied between 11 and 365 days and between 2 and 180 days for the Manguaba and Mundaú Lagoons, respectively, making it possible to identify possible stagnation areas. The results from the salt and heat transport model show a prolonged period with low salt concentrations and slow salinity recovery after the rainy season; the water temperature in the lagoons shows little spatial and temporal variation.

Resumo A ocorrência de eventos extremos de precipitação (EEP) no litoral do Paraná eleva o potencial de erosividade dos rios da região, além de causar inundações. Neste contexto, o objetivo deste estudo é analisar a tendência da intensidade e frequência dos EEP diários, além de analisar o ciclo horário dos extremos para a região costeira do Paraná e o ambiente sinótico. Coletaram-se os dados de precipitação e divergência do fluxo de umidade. Consideraram-se EEP diários acima do percentil 95 (EEP95). A análise de tendência linear através do teste Mann-Kendall, análise do ciclo diário e a distribuição espacial do ambiente sinótico foram estudados. Os resultados mostram que os EEP95 não apresentaram tendência significativa. Apesar do estudo limitar-se a uma única localidade, áreas de máxima convergência de umidade destacam o padrão da Zona de Convergência de umidade. Os resultados mostram que o limiar para um EEP95 diário é de 46,40 mm.dia−1; apenas durante a madrugada e na estação chuvosa, o ciclo diário dos EEP95 apresentou taxas horárias que atingiram o percentil 95. O período de janeiro a março, concentrou cerca de 50% EEP95, com a frequência de EEP95 diminuindo em anos de La Niña e aumentando em anos de El Niño e neutros.

Abstract The occurrence of extreme precipitation events (EEP) of the coast of Paraná increases the erosivity potential of the rivers in this region, causing flooding among other occurrences. In this context, the objective of this study is to analyze the trends in intensity and frequency of daily EEP, as well as to analyze the extreme hourly cycle for the coastal region of Paraná and the synoptic conditions. Thus, precipitation data and divergence of moisture flow were collected. Daily precipitation above the 95th percentile (EEP95) was considered in this study. From the EEP95, linear trend analysis using the Mann-Kendall test, daily cycle analysis and the spatial distribution of the synoptic environment were studied. Although the study is limited to one locality, areas of maximum moisture convergence highlight the pattern of the Convergence Zone of moisture. The results show that the threshold for a daily EEP95 is 46.40 mm.dia−1; only during the early morning and in the rainy season, the daily cycle of the EEP95 presented hourly rates that reached the 95th percentile. The period from January to March, concentrated around 50% EEP95, with the frequency of EEP95 decreasing in years of La Niña and increasing in years of El Niño and neutral.

RESUMO Este trabalho investiga a renovação das águas no Complexo Estuarino de Paranaguá (CEP), localizado no estado do Paraná, Brasil, usando o sistema de modelagem computacional SisBaHiA®. Um modelo de circulação hidrodinâmica, para a definição dos padrões de circulação, e um modelo de transporte Euleriano, para calcular a taxa de renovação (TR), idade da água (IA) e escoamento residual, foram implementados. A TR, a IA e o escoamento residual foram determinados para diferentes cenários hidrodinâmicos, com períodos representativos de verão e de inverno e, consequentemente, com diferentes forçantes (maré, vazão ou vento) com o objetivo de identificar as possíveis áreas de estagnação. Os resultados obtidos mostram que a maré e as vazões fluviais são os forçantes de maior importância na renovação das águas do CEP. Em todos os cenários foram identificadas duas possíveis áreas de estagnação, que apresentam menores TRs e maior IA, quando comparadas com outras regiões, a saber, a região da baía dos Pinheiros e a região próxima à cidade de Paranaguá. Durante o verão e considerando todos os forçantes, as TRs na região da baía dos Pinheiros e na região próxima à cidade de Paranaguá são menores que 95%, enquanto nas demais regiões do CEP os valores são superiores a 95%.

ABSTRACT This work investigates the water renewal in the Paranaguá Estuarine Complex (PEC), located in the state of Paraná, Brazil, using the SisBaHiA® computer modelling system. A hydrodynamic circulation model, for the definition of hydrodynamic circulation patterns, and an Eulerian transport model, for the computation of the water renewal rate, water age and residual circulation, were implemented. The water renewal rate, water age and residual circulation were computed for different hydrodynamic scenarios, with representative summer and winter periods and, consequently, with different forcings (tide, river flow or wind), in order to identify possible stagnation areas. Results show that the tide and the river flows are the most important forcings in the water renewal of the PEC. Two possible stagnation areas were identified in all scenarios, which presented lower renewal rates and higher water ages when compared to the other regions, namely, the Pinheiros bay region and the region near to Paranaguá city. During the summer and taking into account all the forcings, renewal rates in the Pinheiros Bay region and near the city of Paranaguá are less than 95% whereas in the other regions of the PEC, the values are higher than 95%.

RESUMO Este artigo discute a dispersão no ambiente da matéria orgânica presente no esgoto doméstico a partir de modelos oxigênio dissolvido-demanda bioquímica de oxigênio (OD-DBO). O modelo relaciona a poluição de corpos d'água por matéria orgânica e a queda dos níveis de OD. Dá-se destaque à modelagem de diferentes tipos de lançamentos da carga poluidora, com a apresentação de quatro tipos, e os efeitos sobre a capacidade de autodepuração do corpo d’água, a partir de dois padrões de transporte apresentados pelo corpo receptor; primeiramente para uma vazão menor e posteriormente havendo um incremento de vazão. Discute-se, ainda, como modelos podem intervir com eficiência no lançamento de esgoto após tratamento e como podem contribuir com a saúde pública, o saneamento e na melhoria de conservação dos recursos hídricos.

ABSTRACT The focus of this article is to analyze the presence of organic matter in sewage from BOD-DO models. The model relates to the pollution of a water body by organic matter and the decrease in dissolved oxygen levels caused by the respiration of microorganisms involved in sewage purification. It is highlighted the modeling of different types of pollutant loading release, presenting four types of them, and the effects on the natural water bodies’ self-purification, from two patterns of transport provided by the receiving body; first for a smaller flow and then there is a flow increase. This work also discusses how mathematical models can intervene effectively in the discharge of sewage after treatment and if these can contribute to public health, sanitation and improved conservation of water resources.

Resumo No presente trabalho, os modelos de circulação hidrodinâmico bidimensional horizontal (2DH) e de qualidade da água integrados na direção vertical, para escalares não conservativos e passivos, são resolvidos de forma acoplada e aplicados ao reservatório de Rio Verde, localizado no estado do Paraná, Brasil, para simular a circulação e parâmetros qualidade da água no reservatório de Rio Verde. O modelo de qualidade da água utiliza a mesma grade espacial aplicada ao modelo hidrodinâmico. As velocidades e os coeficientes de relacionados à turbulência, previamente definidos no modelo hidrodinâmico, podem ser utilizados diretamente no modelo de qualidade da água. Os resultados de modelagem foram comparados com dados de campo para um período de 308 dias, de 27 de fevereiro de 2010 a 31 de dezembro de 2010. Dados de campo incluem temperatura da água e do ar, vento, umidade relativa, radiação, vazões e valores de concentração de algumas substâncias nos afluentes do reservatório de Rio Verde. Os resultados mostram que a circulação hidrodinâmica e, consequentemente, o transporte horizontal, são fortemente dependentes do vento. As vazões afluentes/efluentes geram uma circulação localizada, restrita as regiões próximas às embocaduras. Os resultados de temperatura e da concentração de oxigênio dissolvido obtidos pelo modelo foram comparados com dados medidos, mostrando uma concordância satisfatória. Apesar dos erros associados às condições de contorno, os modelos demonstraram seu potencial para simular adequadamente o conjunto de dados coletados do reservatório.

Abstract This work applied the coupled horizontal two-dimensional hydrodynamic circulation model (2DH) and the vertically integrated water quality model for non-conservative and passive scalars to the Rio Verde reservoir in the state of Paraná, Brazil, to simulate flow, temperature and water quality parameters. The water quality model uses the same spatial grid applied for the hydrodynamics model. Flow velocities and turbulence coefficients previously defined in the hydrodynamics model can be used directly in the water quality model. Modeling results were compared to field data for a period of 308 days, from February 27th 2010 and December 31th 2010. Field data included water and air temperature, wind, relative humidity, radiation, discharges and concentration values of some substances in the tributaries of the reservoir. The results indicated that hydrodynamic circulation and, consequently, horizontal transport, are strongly dependent on the wind. Inflows/outflows generated a localized circulation. The results for the temperature and dissolved oxygen concentration were compared with field measures and a satisfactory consistency was achieved. Despite the errors associated with boundary conditions, the models demonstrated their potential to adequately simulate the data set collected from the reservoir.

Mudanças na temperatura da água e na dinâmica de estratificação térmica podem causar efeitos negativos sobre os processos físicos, químicos e biológicos de reservatórios. A variação da temperatura afeta a densidade da água e, como consequência, altera os processos de transporte. Um modelo unidimensional de transferência de calor é utilizado para simular a temperatura do reservatório do Rio Verde, localizado na região metropolitana de Curitiba, Estado do Paraná. Na solução da equação, usou-se o método de diferenças finitas. O modelo foi calibrado e validado por meio dos dados de dois meses: julho de 2009 e março de 2010. Os resultados mostram uma boa concordância entre os valores simulados e observados. Esses resultados ainda permitem avaliar as relações da profundidade da termoclina com a radiação solar e a velocidade do vento.

Changes in the water temperature and in the thermal stratification dynamics can be responsible for negative effects on physical, chemical and biological processes of reservoirs. The temperature variation affects the water density and, consequently, alters the transport processes. A one-dimensional model of thermal evolution is used to simulate the temperature of Rio Verde reservoir, located in the Curitiba metropolitan area, Paraná state, Brazil. The finite difference method was employed for the numerical solution of the equation. The model was calibrated and validated by means of the data from two different months: July 2009 and March 2010. The results show a good agreement between simulated and observed values. These results still allow evaluating the relationships between the depth of the thermocline with solar radiation and wind speed.

O objetivo deste artigo é fazer uma avaliação das tendências emergentes em ações ambientais na administração de efluentes sanitários. A matéria orgânica presente no esgoto é a causa de um dos principais problemas de poluição das águas, favorecendo a transmissão de doenças de veiculação hídrica, afetando a saúde da população. A matéria orgânica em grande quantidade provoca o aumento do número de microrganismos e, conseqüentemente, o consumo excessivo do oxigênio dissolvido nos processos metabólicos de utilização e estabilização da matéria orgânica, levando ao desaparecimento e a extinção dos organismos aquáticos aeróbios, favorecendo o surgimento de outras formas de vida no meio anaeróbio, por vezes produzindo resíduos tóxicos. O foco principal deste artigo é discutir a dispersão da matéria orgânica no esgoto no ambiente urbano usando um modelo de qualidade de água, com parâmetros principais o oxigênio dissolvido e a demanda bioquímica de oxigênio. Discute-se, ainda, metodologias de lançamento de esgoto que podem contribuir à saúde pública, ao saneamento e à melhoria de conservação dos recursos hídricos.

This article provides an overview of emerging trends in environmental approaches to wastewater management in the developing world. Organic matter present in wastewater is one of the main sources of water pollution. In large amounts it can increase the number of microorganisms and thus the excessive consumption of dissolved oxygen in the metabolic processes of its utilization and stabilization, leading to the disappearance and extinction of aerobic organisms, favoring the appearance of other life forms in anaerobic conditions, often producing toxic residues. The main focus of this article is to analyze the presence of organic matter in urban sewage using a water quality model whose main parameters are dissolved oxygen and biochemical oxygen demand. Wastewater management methodologies can contribute to public health, sanitation, and improved conservation of water resources.

O objetivo deste artigo é fazer uma avaliação das tendências emergentes em ações ambientais na administração de efluentes sanitários. A matéria orgânica presente no esgoto é a causa de um dos principais problemas de poluição das águas, favorecendo a transmissão de doenças de veiculação hídrica, afetando a saúde da população. A matéria orgânica em grande quantidade provoca o aumento do número de microrganismos e, conseqüentemente, o consumo excessivo do oxigênio dissolvido nos processos metabólicos de utilização e estabilização da matéria orgânica, levando ao desaparecimento e a extinção dos organismos aquáticos aeróbios, favorecendo o surgimento de outras formas de vida no meio anaeróbio, por vezes produzindo resíduos tóxicos. O foco principal deste artigo é discutir a dispersão da matéria orgânica no esgoto no ambiente urbano usando um modelo de qualidade de água, com parâmetros principais o oxigênio dissolvido e a demanda bioquímica de oxigênio. Discute-se, ainda, metodologias de lançamento de esgoto que podem contribuir à saúde pública, ao saneamento e à melhoria de conservação dos recursos hídricos.

This article provides an overview of emerging trends in environmental approaches to wastewater management in the developing world. Organic matter present in wastewater is one of the main sources of water pollution. In large amounts it can increase the number of microorganisms and thus the excessive consumption of dissolved oxygen in the metabolic processes of its utilization and stabilization, leading to the disappearance and extinction of aerobic organisms, favoring the appearance of other life forms in anaerobic conditions, often producing toxic residues. The main focus of this article is to analyze the presence of organic matter in urban sewage using a water quality model whose main parameters are dissolved oxygen and biochemical oxygen demand. Wastewater management methodologies can contribute to public health, sanitation, and improved conservation of water resources.

OBJETIVO: Propor um índice de sustentabilidade da água de uso urbano com indicadores que possam fundamentar o desenvolvimento de ações planejadas. MÉTODOS: Foram selecionados 11 indicadores (incluindo aspectos relativos a água e esgoto) com base nos parâmetros do Sistema Nacional de Informação sobre Saneamento (SNIS) para os anos-base 2000 e 2001. Para cada indicador foi atribuída uma nota e arbitrado um peso. A partir disso, foi calculado o índice de sustentabilidade da água urbana (ISAU), utilizando-se a fórmula ISAU = produto (Ii pi), onde Ii é a nota para cada indicador i, variando entre 0 e 100; e p i é o peso para cada indicador i, sendo sigmai n=1 p i = 1, onde n é o número de indicadores considerados. A pior qualidade da água é indicada por um valor igual a zero, e a melhor, por um valor igual a 100. RESULTADOS: O valor do índice de sustentabilidade da água urbana do Município do Rio de Janeiro foi de 58,99 e 59,57 para os anos de 2000 e 2001, respectivamente, valores que indicam qualidade boa da água. CONCLUSÕES: A melhora observada na qualidade da água no Rio de Janeiro possivelmente se deve à implantação, na década de 1990, de um programa de recuperação ambiental na região. O planejamento ambiental para uso racional e prevenção da destruição dos recursos hídricos é fundamental para a manutenção da sociedade.

OBJECTIVE: To propose an urban water sustainability index based on indicators that may serve as a foundation for developing planned actions concerning water resources. METHODS: Eleven indicators (covering aspects of water and sewage) were selected based on the parameters of Brazil's National Water and Sanitation Information System (Sistema Nacional de Informação sobre Saneamento) for the years 2000 and 2001. A score and a weight were assigned to each indicator. Based on that, the urban water sustainability index (UWSI) was calculated, using the formula UWSI = product (Ii pi), where Ii is the score attributed to each indicator i, ranging from 0 to 100, and p i is the weight for each indicator sigmai n=1 p i = 1 ,where n is the number of indicators considered). The lowest water quality is indicated by an index value of 0, and the best by an index value of 100. RESULTS: The urban water sustainability index for the city of Rio de Janeiro was 58.99 in 2000, and it rose to 59.57 in 2001, indicating water of good quality in both those years. CONCLUSIONS: The improvement in the quality of the water resources between 2000 and 2001 in the city of Rio de Janeiro is possibly the result of the implementation, in the 1990s, of an environmental management program in the Rio de Janeiro region. Environmental planning that includes rational use of water resources and methods to prevent their destruction is crucial to sustaining society.