ABSTRACT
ABSTRACT This work presented the development and testing of a large-scale rainfall simulator (LSRS) to be used as a research tool on rainfall-runoff and associated transport processes in urban areas. The rainfall simulator consists of a pressurized water supply system which supplies a set of 16 full-cone nozzles. Artificial rainfall with different rainfall intensities can be produced over an area of 100 m2 in a V shape. The assembly is housed in a tailor-made acrylic structure to eliminate the influence of wind and natural rainfall. Runoff is measured and collected at the outlet of the drainage basin, from where it is pumped to a storage tank that enables the reuse of water. Runoff hydrographs and pollutographs are presented as examples of possible outcomes from this facility. The LSRS is showed to be able to reproduce the rainfall-runoff and pollutant transport processes under simulated rainfall events with intensity and spatial uniformity similar to other experiments described in the literature.
RESUMO Este trabalho apresentou o desenvolvimento e teste de um simulador de chuva em larga escala (large-scale rainfall simulator — LSRS) para utilização em pesquisa sobre o processo de chuva-vazão e processos associados em áreas urbanas. O simulador é composto por um sistema pressurizado de abastecimento de água que abastece um conjunto de 16 bicos aspersores. Chuvas artificiais com diferentes intensidades de precipitação podem ser produzida sobre uma bacia de drenagem com área de 100.0 m2 em forma de V. O simulador é protegido por uma estrutura em acrílico que elimina a influência do vento e da chuva natural. A vazão é medida e coletada no exutório da bacia de drenagem, de onde é bombeada para um reservatório de armazenamento que permite a reutilização da água. Hidrogramas de vazão e polutogramas são apresentados como exemplos de possíveis resultados de ensaios a serem realizados com este equipamento. O LSRS demonstrou ser possível reproduzir o processo de chuva-vazão e processos associados sob eventos de chuva simulada com intensidade e distribuição espacial semelhantes a outros experimentos descritos na literatura.
ABSTRACT
RESUMO Balanço hídrico é uma análise realizada com base em estudos sobre as entradas e saídas de água de uma bacia hidrográfica, e que tem grande importância por identificar o regime hidrológico e as possibilidades de utilização da bacia. Neste trabalho foi realizado o balanço hídrico de uma secção de bacia hidrográfica localizada no oeste do Paraná, em uma área de plantio de eucaliptos para corte, obtendo-se também os valores para o escoamento superficial por meio do método racional.
ABSTRACT Water balance consists in an analysis carried out based on studies on the inflows and outflows of a hydrographic basin, which is fundamental to identify the hydrological regime and the possibilities of using this basin. This study aims to verify the water balance of a section of a hydrographic basin located in Western Paraná, Brazil, in addition to obtaining the values for runoff by the rational method.
ABSTRACT
RESUMO O presente trabalho aplicou o Storm Water Management Model (SWMM) para simular e avaliar a resposta hidrológica do sistema de macrodrenagem de um rio costeiro, cuja bacia situa-se em área de transição urbano-rural e apresenta influência marítima em seu exutório. Assim, como condição de contorno de jusante, reconstruiu-se a curva de maré existente no exutório da bacia por meio do método harmônico. Ademais, realizou-se a delimitação dos trechos de escoamento e a discretização das sub-bacias automaticamente e desenvolveu-se um mapa de uso e ocupação do solo para obtenção dos parâmetros físicos e espaciais dos elementos da drenagem, etapas estas auxiliadas por ferramentas de Sistemas de Informações Geográficas (SIG). Procedeu-se à simulação das vazões no sistema para o período de um mês sob condição de precipitação moderada. A validação do modelo resultou em um coeficiente de Nash-Sutcliffe de 0,57. Os resultados mostraram que o SWMM simulou as vazões nos trechos de drenagem das sub-bacias rurais com desvio médio de 8,6% das vazões medidas em campo. Para os trechos sob influência marinha, o SWMM conseguiu reproduzir o efeito da maré nos trechos, apresentando uma oscilação completa. Ademais, obteve-se a descarga fluvial média da bacia ao estuário de 2,35 m3.s-1 e a vazão média mensal afluente ao maior reservatório da bacia de 0,33 m3.s-1, resultados estes em consonância com trabalhos anteriores realizados na bacia em estudo. Em síntese, os resultados obtidos e o modelo proposto têm potencial para auxiliar na gestão integrada de águas rurais, urbanas e costeiras.
ABSTRACT The present work applied the Storm Water Management Model (SWMM) to simulate and evaluate the hydrological response of a coastal river macrodrainage system whose basin is located in an urban-rural transition area and has a tidal influence in its outflow. Thus, as a downstream contour condition, the existing tidal curve in the basin's outlet was reconstructed using the harmonic method. In addition, drainage stretches and sub-basins were automatically delimited, and a land use and occupation maps were developed to obtain the physical and spatial parameters of the drainage elements, these steps being aided by Geographic Information Systems (GIS) tools. The flow was simulated in the system for a period of one month under a moderate precipitation condition. The validation of the model resulted in a Nash-Sutcliffe coefficient of 0.57. The results showed that the SWMM simulated the flows in the drainage stretches of the rural sub-basins with an average deviation of 8.6% of the flows measured in the field. For stretches under tidal influence, SWMM was able to reproduce the effect of the tide in the stretches with a complete oscillation. In addition, the river discharge from the basin to the estuary was 2.35 m3.s-1, on average, and the average monthly flow affluent to the largest reservoir in the basin was 0.33 m3.s-1, consistently with previous work carried out in the study basin. In summary, the results obtained and the proposed model have the potential to assist in the integrated management of rural, urban, and coastal waters.
ABSTRACT
RESUMO A região semiárida do nordeste brasileiro é marcada por elevadas incertezas quanto à ocorrência de chuvas intensas, bem como por anos sequenciados de secas. Esses fenômenos naturais, somados à reduzida utilização de práticas conservacionistas, podem gerar degradação dos solos. Nesse contexto, o presente estudo objetivou avaliar a importância do uso de cobertura morta e espécies de oleaginosas não convencionais perenes (Moringa oleifera Lam. e Azadirachta indica A. Juss.) no controle da erosão do solo em parcelas de erosão, em condições de chuvas naturais. O estudo realizou-se durante os anos de 2016 e 2017 na bacia representativa do Mimoso, localizada no município de Pesqueira (PE), Brasil. Na área de estudo, instalaram-se três parcelas de erosão, cada uma com área igual a 40 m2 (2 × 20 m), que foram intensamente monitoradas no tocante à intensidade de precipitação, à umidade e à temperatura do solo, ao escoamento superficial e à produção de sedimentos. Para cada parcela experimental, adotaram-se os seguintes tratamentos: oleaginosas; oleaginosas + cobertura morta; solo descoberto. A cobertura do solo com oleaginosas e cobertura morta resultou em maior retenção de umidade do solo e menores valores de escoamento superficial e perdas de solo. O desenvolvimento da estrutura das oleaginosas diminuiu o impacto direto das gotas de chuva no solo, reduzindo as perdas de solo quando comparadas ao descoberto.
ABSTRACT The semiarid region of the Brazilian Northeast is marked by strong uncertainties regarding the occurrence of extreme rainfall, as well as the occurrence of sequenced year droughts. These natural phenomena, together with limited use of soil and water conservation practices, can generate soil degradation. In this context, the present study aimed to evaluate the importance of the use of mulch and non-conventional perennial oleaginous species (Moringa oleifera Lam. and Azadirachta indica A. Juss.) in soil erosion plots under natural rainfall. The study was conducted during the years of 2016 and 2017 in the representative basin of Mimoso, located in the municipality of Pesqueira, Pernambuco, Brazil. Three erosion plots each with an area of 40 m2 (2 m × 20 m), were installed in the study area, which were intensively monitored for rainfall intensity, soil moisture and temperature, runoff and sediment production. For each experimental plot, the following treatments were adopted: Oleaginous; Oleaginous + mulch; Bare soil. Soil cover with oleaginous species and mulch resulted in higher soil moisture and lower amounts of runoff and soil loss. The development of the tree structure of the oleaginous reduced the direct impact of raindrops on the soil surface, reducing the soil losses when compared to the bare soil.
ABSTRACT
The impacts of climate change on water quality of water bodies are associated with the climatic extreme events (heavy rainfall and flood, heat, drought, wildfires, cyclones, hurricane, super storms) as the major drivers that require knowledge of understanding. Most research studies present the role of climate change in threatening water quality, risks on drinking water and contributions of catchment in water pollution, but less attention has directed to specific sensitive water quality parameters, appropriate methodologies, risks on ecosystem and managerial practice to reduce the impacts. This review highlight the of effect climate change on surface water bodies based on recent literatures on the impacts of climate change on water quality and promote practical opportunity for better management of these impacts. We conclude that consideration of climate change preparedness plan in catchments is the best option to adopt for minimization of climate change impacts on water quality of water bodies.
ABSTRACT
RESUMO O estudo do escoamento superficial e transporte de poluentes é de grande importância, pois ajuda na prevenção de impactos ambientais, auxiliando em planejamentos a serem realizados pelo poder público. Neste trabalho, teve-se como objetivo estudar, em laboratório, a dinâmica do transporte de material (cloreto de sódio - NaCl) disposto sobre uma superfície impermeável, dissolvido pela aplicação de água via simulador de chuva, tendo como fonte de variação três variáveis independentes: declividade, intensidade de precipitação e posição do material. Utilizou-se o delineamento experimental de faces centradas, que contemplou diferentes cenários reproduzidos nos experimentos, onde se avaliou a influência das três variáveis independentes sobre às dependentes (tempo de transporte, valor de pico, tempo de pico e massa total transportada), cujas respostas foram monitoradas no exutório do modelo experimental. A análise de resultados obtidos permitiu identificar o efeito significativo da declividade e posição do material sobre todas as variáveis dependentes estudadas e ainda o efeito quadrático da declividade para o tempo de transporte e a massa total transportada. Já para a intensidade de precipitação, verificou-se influência apenas para o tempo de transporte, dentro dos intervalos de estudo com nível de significância de 95%. O modelo produzido para o tempo de transporte é capaz de explicar 90% da variabilidade dos dados, enquanto o para o valor de pico possui uma capacidade de explicação de 67,9%. O tempo de pico possui um modelo capaz de explicar 74,2% da variabilidade dos dados, e o modelo produzido para a massa total transportada possui uma capacidade de explicação de 62,4% da variabilidade dos dados.
ABSTRACT The study of surface runoff and transport of pollutants is of major importance, as it helps preventing environmental impacts, and supports planning tasks carried out by public authorities. The goal of this research was to study the dynamics of the transport of material (NaCl) on an impermeable surface, dissolved by the application of water through a rainfall simulator, having as its source of variation three independent variables: slope, rainfall intensity and position of the material. Face-centered experimental design was used, which contemplated different scenarios reproduced in the experiments, where the influence of the three independent variables on the dependent variables (transport time, peak value, peak time and total mass transported) was evaluated, whose responses were monitored at the outlet of the experimental model. The analysis of the results allowed to identify the significant effect of the slope and position of the material on all the dependent variables studied, as well as the quadratic effect of the slope for the transportation time and total mass transported. As for the rainfall intensity, only influence was observed for transportation time, within the study intervals with a level of significance of 95%. The resulting model is capable of explaining: 90% for transport time, 67.9% for peak value, 74.2% for peak time and 62.4% total mass transported.
ABSTRACT
ABSTRACT: The goal of this study was to quantify the water, soil, and soluble nutrient losses during high-intensity rainfall simulated in two soil preparation systems with four sources of fertilization. Forty-five days after the corn seeding, a 120 mm h-1 intensity rainfall was simulated during 90 min in field plots with conventional tillage (CT) or no-tillage (NT). Each system had four repetitions with the fertilizer treatments, including without fertilization, mineral, urban waste compost (UWC), and pig slurry. P, K, Ca, and K concentrations were measured in soluble form, in addition to electrical conductivity, pH, water, and soil losses. As expected, the greatest soil losses occurred with CT; however, the greatest water losses occurred with NT. Among the fertilizers, UWC was more efficient because it had the highest infiltration rates. The concentrations of P, K, Ca, and Mg did not exhibit any interaction between fertilization and soil tillage treatments. K was the nutrient that presented the greatest losses (kg ha-1) at the end of the simulated rainfall because of the highest concentrations (mg L-1) added to high runoff coefficients of 45% for CT and 77% for NT. Thus, the evaluated system with cover crops and minimum soil tillage was not sufficient to control nutrient transfer in the soluble form during intense rainfall events.
RESUMO: O objetivo do trabalho foi quantificar as perdas de água, solo e nutrientes na forma solúvel durante chuva simulada de alta intensidade, em dois sistemas de preparos do solo e quatro fontes de adubação. Quarenta e cinco dias após a semeadura do milho, uma chuva com intensidade de 120 mm h-1 foi simulada durante 90 minutos, em parcelas de campo sob preparo convencional (PC) e plantio direto (PD). Em cada preparo há quatro repetições dos tratamentos com adubação: sem fertilização, mineral, composto de lixo urbano (CO), e dejetos de suíno. Foram mensuradas as concentrações de P, K, Ca, Mg na forma solúvel, além da condutividade elétrica - Ce, pH, perda de água e solo. Conforme esperado as maiores perdas de solo ocorreram para o PC, entretanto, as maiores perdas de água no PD. Entre as adubações, o CO foi o mais eficiente, pois apresentou as maiores taxas de infiltração. As concentrações de P, K, Ca e Mg não apresentaram interação entre os tratamentos de adubação e os tratamentos de preparo do solo. O K foi o nutriente que apresentou as maiores perdas (kg ha-1) ao final da chuva simulada, devido as maiores concentrações (mg L-1) somado aos altos coeficientes de escoamento superficial sendo 45% para o preparo convencional e 77% para o plantio direto. Ao final, o sistema avaliado com plantas de cobertura e mínimo revolvimento do solo não foi suficiente para controlar a transferência de nutrientes na forma solúvel durantes eventos de chuvas intensas.
ABSTRACT
RESUMO A concentração de óleos e graxas em amostras de águas contaminadas com resíduos oleosos pode ser determinada pelos procedimentos estabelecidos no Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater. No entanto, sua aplicação nem sempre resulta em valores adequados ou níveis de precisão satisfatórios para atendimento de padrões normativos. Nesse sentido, este artigo apresenta uma proposta de ensaio para determinação da concentração de óleos minerais em águas provenientes de áreas pavimentadas, sujeitas ao derramamento de óleos e graxas. Tal método tem por base o método de partição gravimétrica (5520 B), estabelecido pelo Standard Methods. No novo procedimento, a etapa de separação entre o solvente de extração contendo os resíduos e o restante da fase aquosa foi substituída pela evaporação de toda a água da amostra, em estufa a 85ºC. Para avaliar a eficiência do método, foram preparadas amostras com concentrações conhecidas de óleo de 200, 100, 50, 25 e 15 mg.L-1 em água destilada e realizados ensaios de laboratório para determinação do teor de óleo, conforme tal procedimento. Os valores obtidos para as concentrações de óleo são bastante satisfatórios, apresentando comportamento linear em relação às concentrações de referência. Esse fato evidencia a confiabilidade do método proposto e sua aplicabilidade na determinação da concentração de óleos em amostras de águas contaminadas provenientes do escoamento superficial em pavimentos.
ABSTRACT Oil and grease concentration in water samples contaminated by oily residues can be determined by the procedures established in the Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater. However, its application does not always result in adequate values or satisfactory accuracy levels in order to meet regulatory standards. In this sense, this paper presents a test-method proposal for determining mineral oil concentration in water samples from runoff of paved areas subject to oil and grease spillages. This method is based on the partition-gravimetric method (5520 B) established by the Standard Methods. In the new procedure, the separation between the extraction solvent containing residues and the aqueous phase remainder was replaced by the whole water sample evaporation in an oven at 85ºC. In order to assess the proposed method's efficiency, samples were prepared with known oil concentrations of 200, 100, 50, 25 and 15 mg.L-1, in distilled water and laboratory tests were performed to determine the oil content, according to the new procedure. The values obtained for the oil concentrations through the proposed procedure are quite satisfactory, presenting linear behavior in relation to the reference concentrations. This fact evidences the reliability of the new method and its applicability in determining the oil concentration in contaminated water samples from runoff in pavement surfaces.
ABSTRACT
For hydrological studies, it is well known that each hydrological system behaves differently and in order to effectively manage those systems, it is necessary to understand their behavior. The hydrological component of Hydrological Simulation Program – FORTRAN (HSPF) model was set up and calibrated for Paligad watershed which is a sub-basin of Aglar watershed in the Uttarakhand state of India. The calibration of the model was done manually and an expert advice system called as HSPEXP+ was used to aid calibration. The values of evaluation indicators such as coefficient of determination (R2) Nash-Sutcliffe efficiency, PBIAS and the mean error (RE) were found to be within acceptable range which also indicated good calibration and validation results. The validation results showed that the model nearly simulated the mean monthly runoff with the coefficient of determination (R2) as 0.83 for the year 2015-2016. The total observed annual runoff volume was 32.26 inches, where the value of annual simulated runoff volume was found to be 30.37 inches indicating an error of -5.84% in the estimation of total annual runoff volume. The effect of change in land use/ land cover of the catchment can be evaluated using this model. This study offers more scope on the management of watershed output in the form of runoff and the impact changes in land use/ land cover on the streamflow from the basin.
ABSTRACT
RESUMO Avaliou-se o coeficiente de escoamento (volume escoado/volume precipitado), que define a capacidade de redução do escoamento superficial de um pavimento com blocos de solo-cimento intertravados (20,7 m de comprimento e 3 m de largura) dentro de uma estrutura de vigas de concreto transversais implantada em uma área de declividade de 6% e solo de baixa permeabilidade, e condições similares em áreas de ocupação de populações de baixa renda. Cento e oitenta e quatro eventos (precipitações) foram registrados, mas somente foram considerados eventos com volume precipitado maior que a capacidade máxima de armazenamento do pavimento (≈ 1.500 L) e temperatura menor a 23ºC para manter a precisão do sensor de medição. Os valores experimentais do coeficiente C oscilaram na faixa de 0,47 a 0,79, que confirmam que o pavimento de bloco de solo-cimento é semipermeável.
ABSTRACT In this article, the authors assessed the runoff coefficient C (drained volume/volume precipitate), which defines the capacity reduction of runoff, of a pavement with soil-cement interlocking blocks (20.7 m long and 3 m wide) within a structure of transverse concrete beams deployed in an area with slope of 6% and low permeability soil, and similar conditions in areas occupied by poor populations. One hundred and eighty-four events (rainfall) were recorded, but only events with a precipitate volume greater than the maximum capacity storage of pavement (≈ 1,500 liters) and a temperature less than 23ºC, to maintain the accuracy of the measurement sensor, were considered. The experimental values of the coefficient C varied in the range of 0.47 to 0.79, confirming that the soil-cement block pavement is semi permeable.
ABSTRACT
RESUMO Este artigo busca avaliar a distribuição das taxas de infiltração na dinâmica de áreas afetadas por processos erosivos acelerados e recobertas por material antropogênico. Foram realizados ensaios de infiltração com o uso de infiltrômetro em pontos distribuídos na área de investigação. Os dados foram ajustados à função de decaimento de Horton, e seus parâmetros, correlacionados com atributos do meio físico e do modelo digital do terreno por meio do coeficiente de correlação de Pearson. Os resultados permitiram constatar grande variabilidade das taxas de infiltração, decorrentes das complexidades geradas pelas diversas obras de contenção, com diferentes variáveis morfológicas, granulométricas e de uso da terra, nos diferentes setores amostrados. Apesar da variação espacial dessas taxas, a avaliação setorizada, coerente com as características do meio físico, permitiu a constatação das principais variáveis que interferem nos parâmetros representativos das taxas de infiltração. Assim, em setores de baixa vertente, há correlação forte entre as taxas de infiltração e a areia fina, assim como entre essas taxas e a distância do rio. Já nos setores de alto declive e pastagem, tais correlações são altas entre as taxas de infiltração final e os materiais finos (argila e argila + silte). Em setores de alta vertente, sem cobertura vegetal, as correlações mais fortes ocorrem entre a infiltração final e o fluxo de escoamento superficial acumulado. Tais dados apontam, portanto, para a complexidade do próprio fenômeno, que depende tanto das características dos materiais de superfície e da morfologia dos terrenos quanto da situação específica da área.
ABSTRACT In this paper, infiltration distribution rates were evaluated on areas affected by accelerated erosive processes and covered by anthropogenic material. Infiltration tests were performed at several samples distributed in the area. The data were adjusted to the Horton decay function, and its parameters were correlated with attributes of the physical environment and the terrain digital model, using the Pearson correlation coefficient (r). Results pointed out great variability of infiltration rates, due to the complexities generated by several structural interventions in the different sectors sampled, with different morphological, granulometric and land use variables. The analysis made sector by sector here proposed allowed verifying the main variables that interfere in the parameters that represent the infiltration rates, in spite of the spatial variability for infiltration rates. In low-slope sectors, there was a strong correlation between infiltration rates and sand, as well as between these rates and river distance. In high slope and grassland areas, such correlations are high between the final infiltration rates and the fine materials (clay and clay + silt). In high-slope areas with no vegetation coverage, the strongest correlations occur between the final infiltration and the cumulative runoff flow. Therefore, results here presented emphasize that both the characteristics of the cover materials and the morphology of the land are determinant for data analysis.
ABSTRACT
RESUMO Os sistemas de aproveitamento de água de chuva baseiam-se na coleta do escoamento de superfícies pouco permeáveis, como telhados e ruas. Esses sistemas são projetados, muitas vezes, com dados de pluviômetros, e não de pluviógrafos, e podem desconsiderar informações importantes da quantidade precipitada disponível para aproveitamento. Neste trabalho foram realizados experimentos em laboratório com simulação de chuvas de baixa, moderada e forte intensidades sobre um telhado cerâmico. As análises indicam que chuvas com intensidade entre 12,8 e 61,6 mm h-1 (moderada a forte) resultam em coeficiente de escoamento superior a 0,9, enquanto em chuvas com baixa intensidade (inferior a 1,2 mm h-1), o coeficiente de escoamento diminui drasticamente, aproximando-se a 0 para intensidades próximas a 0,25 mm h-1. Conclui-se que, para as condições dos experimentos realizados, a absorção de telhas cerâmicas influencia mais na redução do escoamento superficial para chuvas de baixa intensidade do que para chuvas de intensidade moderada ou forte.
ABSTRACT Rainwater harvesting consists on the collection of runoff from low permeable surfaces, as roofs and streets. Designing these systems is often based on pluviometer data and not on pluviograph data, therefore they do not consider crucial data on the amount of rainwater available to harvesting. Laboratory experiments were conducted by simulating low, moderate and high intensity rainfall on a ceramic tile roof. Results shown that rainfall intensities between 12.8 and 61.6 mm h-1 (moderate to high intensity) lead to runoff coefficients greater than 0.9, while for rainfall low intensities (lower than 1.2 mm h-1), the runoff coefficient drastically decreased, reaching values of zero for rainfall intensities lower than 0.25 mm h-1. In conclusion, for the simulated experimental conditions, water absorption of the ceramic tiles is more significant on the runoff for very low rainfall intensities than the strong or moderate rainfall intensities.
ABSTRACT
RESUMO Um dos impactos da urbanização no meio ambiente é a alteração do processo de transformação da chuva em escoamento superficial, levando à alteração da qualidade dos recursos hídricos. Com este trabalho, objetivou-se simular o transporte de partículas em suspensão e de poluentes dissolvidos, transportados pelo escoamento, sobre uma superfície impermeável em escala de laboratório. O modelo experimental consistiu de um simulador para a aplicação de chuva artificial sobre uma superfície acrílica impermeável com 8,40 m2, na qual foram definidas quatro posições para a distribuição do cloreto de sódio e da areia fina, simulando fontes difusas de poluição. Os resultados indicaram diferenças entre os tempos de pico do transporte de poluentes dissolvidos e em suspensão, em função da posição desses. O efeito de first flush foi verificado para os poluentes dissolvidos independentemente da posição da fonte, enquanto para os poluentes transportados em suspensão o mesmo efeito só foi verificado quando a fonte estava mais próxima da saída da superfície impermeável.
ABSTRACT One of the impacts of urbanization on the environment is the changes in the rainfall-runoff process, causing changes in water resources quality. The objective of this project was to simulate the transport of suspended particles and pollutants dissolved on runoff, an impermeable surface at laboratory scale. The experimental model consisted on a simulator for the application of artificial rainfall on an impermeable surface with 8,40 m2, in which sodium chloride and fine sand were distributed in four defined regions, simulating sources of diffuse pollution. The results showed differences between peak transport times of dissolved and suspended pollutants, depending on their position. The first-flush effect was observed for the dissolved pollutants independently of the source position, whereas for the pollutants transported in suspension the same effect was only found when the source was closer to the outlet of the impervious surface.
ABSTRACT
RESUMO Este trabalho teve como objetivo avaliar a primeira carga de lavagem de uma bacia urbana da cidade de Natal, Rio Grande do Norte, por meio da quantificação de cargas poluentes contidas nos deflúvios superficiais em decorrência de nove eventos de precipitação pluviométrica, monitorados ao longo do ano de 2013. As variáveis analisadas foram: sólidos totais, sólidos suspensos totais, demanda química de oxigênio, fósforo total e teor de óleos e graxas. Foi realizada a avaliação dos eventos de precipitação/escoamento, mediante amostragem progressiva do runoff, monitorado por meio de amostrador automático (ISCO 6712), situado no exutório da bacia, sendo analisados os primeiros 24 minutos do escoamento superficial, com amostras coletadas a cada minuto ao longo do evento. A variação da concentração dos poluentes associada à variação temporal dos deflúvios durante eventos de precipitação foi analisada para a verificação da ocorrência do fenômeno first flush ou primeira carga de lavagem. O período monitorado caracterizou-se por apresentar baixo intervalo de dias de estiagem entre os eventos. Foi observada a ocorrência de primeira carga de lavagem em cinco dos eventos monitorados. Dessa forma, evidenciou-se que para a bacia estudada o conceito de first flush pode ser aplicado nas estratégias de manejo de águas pluviais, para implementação de boas práticas de manejo, que vêm sendo amplamente difundidas no que concerne à drenagem urbana.
ABSTRACT The aim of this study was to evaluate the first wash load of an urban catchment located in the city of Natal, Rio Grande do Norte, Brazil, by quantifying pollution loads contained in surface run-offs from nine rainfall events, monitored throughout the year 2013. The variables analyzed were: total solids, total suspended solids, chemical oxygen demand, total phosphorus and oil and grease content. We conducted the evaluation of precipitation/runoff events through progressive sampling of runoff, monitored by autosampler (ISCO 6712), and located at the outlet of the drainage basin. The first 24 minutes of runoff were analyzed, with samples collected every minute throughout the event. The variation of the pollutants concentration associated with the temporal run-offs variation during precipitation was analyzed to verify the occurrence of the first flush phenomenon. The monitored period was characterized by having a low number of drought days between events. The occurrence of the first flush was observed in five of the monitored events. Thus, it became clear that for the studied basin, the concept of first flush could be applied in rainwater management strategies for the implementation of best management practices, which have been widely disseminated regarding urban drainage.
ABSTRACT
RESUMO: A gestão de recursos hídricos no Brasil é prejudicada pela carência de informações hidrológicas, que pode ser suprida pelos modelos hidrológicos que simulam o comportamento das bacias hidrográficas. Entretanto, muitos modelos não geram bons resultados quando executados fora da área de estudo onde foram criados. Por isso, devido à sua adaptabilidade, o modelo J2000 inserido no framework Jena Adaptable Modelling System (JAMS) foi avaliado para simulação de duas bacias hidrográficas inseridas na zona de afloramento do Sistema Aquífero Guarani, a Bacia Hidrográfica do Ribeirão da Onça (BRO) e a Microbacia do Córrego Cavalheiro (BCC), nos municípios de Brotas e Analândia, respectivamente, no estado de São Paulo. O framework JAMS apresentou-se como um sistema simplificado para uso, flexível diante das adaptações necessárias para compatibilização com as características climatológicas e hidrológicas das áreas de estudo. O modelo J2000 mostrou-se eficiente na predição da resposta hidrológica das bacias hidrográficas, apresentando um coeficiente de Nash-Sutcliffe (NSE) de 0,76 e 0,81, para os períodos de calibração e validação da BRO; e 0,76 e 0,56, para os períodos de calibração e validação da BCC, respectivamente. O erro absoluto, calculado pelo valor da raiz do erro quadrático médio, foi considerado baixo por apresentar valores de 0,14 e 0,18 m³.s-1 para os períodos de calibração e validação da BRO; e 0,02 e 0,03 m³s-1 para os períodos de calibração e validação da BCC, respectivamente. Portanto, o J2000/JAMS mostrou-se como um candidato potencial para modelagem hidrológica de bacias hidrográficas do estado de São Paulo, podendo ser utilizado para estudos sobre as relações entre a localização do uso do solo na bacia hidrográfica e a geração de escoamento.
ABSTRACT: The water resources management in Brazil is affected by the lack of hydrological information, which can be filled by hydrological models that simulate the behavior of watersheds. However, it was noticed that many models do not generate good results when performed outside of the study area where they were created. Therefore, due to its adaptability, the J2000 model linked into the Jena Adaptable Modelling System (JAMS) framework was evaluated for simulating two basins at the outcrop zone of the Guarani Aquifer System, the Ribeirão da Onça watershed (BRO) and the Córrego Cavalheiro watershed (BCC), located at Brotas and Analândia cities, respectively, in the state of São Paulo, Brazil. The JAMS framework was presented as a flexible and easy to use system, admitting all the necessary adaptations for compliance with the climatological and hydrological characteristics of the study areas. The J2000 model proved to be effective in predicting the hydrological response of watersheds, with a Nash-Sutcliffe coefficient of 0.76 and 0.81, for periods of calibration and validation of the BRO; and 0.76 and 0.56, for periods of calibration and validation of the BCC, respectively. The absolute error, calculated with the root of mean square error value, was considered low by the present values of 0.14 and 0.18 m³.s- 1, for periods of calibration and validation of the BRO; and 0.02 and 0.03 m³.s- 1, for periods of calibration and validation of the BCC, respectively. Therefore, the J2000/JAMS showed up as a potential candidate for hydrological modeling of watersheds in São Paulo, and may be used for studies on the relationship between the location of land use in the watershed and the generation flow.
ABSTRACT
RESUMO O processo de urbanização resulta em alterações no ciclo hidrológico prejudiciais à população. Para amenizar esses efeitos, as técnicas compensatórias em drenagem urbana visam à maior sustentabilidade hidrológica na expansão urbana. Nesse sentido, este artigo teve como objetivos avaliar, por meio de modelagem computacional, o efeito da adoção dessas técnicas na escala de lote e da bacia hidrográfica e avançar com diferentes possibilidades de concepção de projeto. A modelagem foi realizada para diversos cenários, considerando a implantação das técnicas de forma isolada e combinada. Os parâmetros utilizados na modelagem visaram verificar possibilidades extremas de aplicação, de modo a disponibilizar dados para balizamento de projetos reais. As chuvas avaliadas possuem variadas durações e intensidades, facilitando a extrapolação dos resultados deste trabalho para bacias hidrográficas de diferentes escalas. Os resultados das simulações indicam potenciais benefícios na drenagem urbana oriundos do uso dessas técnicas no lote, com mais efetividade para as menores chuvas de projeto. Esse foi o caso dos cenários que avaliaram os jardins rebaixados isoladamente ou combinados em série com um reservatório de lote e os cenários de pavimentos permeáveis na calçada que receberiam o escoamento superficial do lote adjacente. Também foi verificado que a combinação paralela de um reservatório de lote com as dimensões propostas pela legislação municipal e um jardim rebaixado em 0,07 m seria capaz de neutralizar, hidrologicamente, os impactos da ocupação do lote para todas as chuvas de projeto analisadas, entretanto o reservatório proposto pela legislação municipal, quando adotado isoladamente, quase não atuou na escala da bacia..
ABSTRACT The urbanization process results in detrimental changes in the hydrological cycle to the population. In order to mitigate these effects, compensatory techniques in urban drainage aim at increasing hydrological sustainability in urban expansion. In this sense, this paper intended to, through computer modeling, evaluate the effect of the adoption of these techniques on site scale and at the watershed scale, as well as to discuss different design concepts. The modeling was performed for different scenarios, considering the implementation of the techniques isolated and combined. The parameters proposed for modeling aimed to check the extreme possibilities for their application in order to make data available for actual projects. The rainfalls have been evaluated for different durations and intensities, thus facilitating the extrapolation of this study results for variable watershed scales. The modeling results pointed to potential benefits on the urban drainage due to the compensatory techniques adoption at the lot scale, with the property owner being capable to easily control the smaller design rainfalls. This was the case of the scenarios with raingardens isolated or combined in series with a lot reservoir or the scenarios where a permeable pavement on sidewalk received runoff from the adjacent lot. The parallel combination of a lot reservoir proposed by the municipal legislation and a raingarden with only 0,07 m depth would be capable of hidrologically neutralize the impacts of the occupation for all project rains analyzed. Nevertheless, the same reservoir proposed by the municipal legislation, when used isolatedly, showed little or none benefits on the basin scale.
ABSTRACT
RESUMO O trabalho foi desenvolvido na Bacia Hidrográfica do Córrego Caçula, município de Ilha Solteira (SP, Brasil), e teve como finalidade estimar o potencial de escoamento superficial com base em metodologias de cartografia apoiadas em técnicas de tratamento digital de dados objetivando baixo custo e rapidez no processo de análise com vistas a subsidiar o planejamento urbano. O método de curva número (CN), desenvolvido pelo Soil Conservation Service (SCS), foi utilizado para determinação do potencial de escoamento superficial combinando informações de uso e ocupação do solo e tipos de solo presentes na bacia. As cartas de uso e ocupação foram produzidas por meio de imagens de satélite dos anos de 2001 e 2009, possibilitando considerar cenário passado e recente para verificar a influência das mudanças de uso do solo no escoamento superficial. Foi possível averiguar que as modificações no uso e na ocupação ocorridas no período resultaram em mudanças nos índices de escoamento superficial, particularmente em função do crescimento da área urbanizada e de plantio de cana-de-açúcar em substituição a pastagens. Os resultados mostraram forte influência do uso do solo nos valores de escoamento obtidos, e as mudanças de uso, sobretudo de pastagem para cultura de cana-de-açúcar, apontaram fortes variações nos valores obtidos. Em geral, os resultados permitiram avaliar potencialidades e limitações para a expansão urbana, indicando áreas carentes de estudos mais detalhados visando à solução de problemas locais.
ABSTRACT The research was developed in Caçula Stream basin in Ilha Solteira (SP, Brazil), focusing on runoff estimation based on digital cartography in order to produce quick and low cost chart for supporting urban planning. The runoff curve number (CN) method, from Soil Conservation Service (SCS), was used for runoff estimation using land use and soil classes occurring in the area. Land use charts were produced by satellite imagery (2001 and 2009) to consider past and present scenarios and taking in account how land use changes controls runoff. It was observed that the use modifications happened in the period resulted in changes on runoff index, mainly because of the increasing of the urban area and pasture to sugar cane use substitution. Results show strong relationship between runoff and land use changes. In general, results allowed to predict potentials and constrains for urban expansion in the area, indicating specific areas which need detailed studies for local problems solve.
ABSTRACT
The associations between storm events, urban runoff and costal water quality have not been well investigated in Korea. A temporal and spatial analysis during summer, 2015 was conducted to determine associates between urban runoff and fecal indicator bacteria (Escherichia coli, Enterococcus) levels at two popular coastal beaches (Gwanganri beach and Haundae beach) in Busan. In this study, a clear relationship between rainfall and elevated number of indicators was observed. Two beaches met the costal beach water health standards after less than 3.0 mm of rain. Only for storms less than 2.5 mm was no observable rainfall effect. Our results revealed that exceedances were greatest in 5 hours following 41.0~45.5 rainfall, then declined the bacterial concentrations in 8 hours after the storm and they generally returned to levels below water health standards within 10~14 hours. But it took 2.7 days to get the level of water quality of dry days. The time required for water quality recovery depends on the intensity and duration of rainfall. In the event of intense rainfall issuance of beach closure by public authorities is warranted to protect public health.
Subject(s)
Bacteria , Enterococcus , Korea , Public Health , Rain , Spatial Analysis , Swimming , Water Quality , WaterABSTRACT
Aims: As climate change related rainfall and temperature variability is being increasingly experienced in the SAT regions, we assessed climate change mitigation and adaptation potential of Conservation Agriculture (CA) by studying effects of minimum tillage (MT) and residue management practices on rain water use efficiency (RWUE), soil moisture, runoff, energy use and carbon dioxide emission in two maize-legume cropping systems. Study Design: The experiment was laid out in split-split plot design with four replications. Place and Duration of Study: The study was conducted at the International Crops Research Institute for the Semi-Arid Tropics (ICRISAT) farm, Patancheru, Telangana, India during 2010-11 and 2011-12. Methodology: RWUE was calculated as maize equivalent yield divided by rainfall received during the crop season. Integrated digital runoff and soil loss monitoring unit (IDRSMU) was used to measure runoff. Soil moisture content was measured using the gravimetric method (0-30 cm depth) and neutron probe (60-90 cm depth). The soil organic carbon was analyzed following the Walkley-Black method [1]. The diesel consumption in MT and conventional tillage (CT) was estimated following Downs and Hansen (http://www.ext.colostate.edu/pubs) and emission of CO2 was estimated according to EPA, 2009 [2]. Results: Tillage and residue management practices did not show significant effect on RWUE except; CT having significantly higher RWUE over MT during 2011-12. Effect of cropping systems on RWUE was significant but variable during the two years of study. MT-RT (minimum tillageresidue retained) reduced total seasonal runoff by 28.62% and 80.22% compared to CT-RR (conventional tillage- residue removed) in 2010-11 and 2011-12, respectively. Similarly, MT-RT reduced rainwater loss and peak rate of runoff compared to CT-RR in both the years of study. During 2010, MT-RT had higher total soil moisture (v/v) in the 0-90 cm soil depth in sole as well as intercropped maize compared to CT-RR, however, during 2011 MT-RT had higher total soil moisture in sole maize only. As compared to CT, even though, MT improved SOC in 0-15 cm depth but lowered slightly in 15-30 cm depth. RT (residue retained) improved SOC in 0-15 and 15- 30 cm depths compared to residue removal (RR). MT-RT had higher or equal SOC in 0-15 and 15- 30 cm soil depths compared to CT-RR in both the maize-legume cropping systems. MT saved energy corresponding to 41.49 l of diesel per hectare annually compared to CT. Similarly, MT emitted 110.79 kg less CO2 annually on per hectare basis compared to CT due to reduced diesel use. Conclusion: CA, when adopted by following good agricultural practices and refined to suit the local conditions, could emerge as sustainable production system for climate change mitigation and adaptation of dryland cropping systems in semi-arid tropics of southern India.
ABSTRACT
The impact of climate change on society is one of the most serious challenges of this century. Observations have shown that the Earth’s hydrologic cycle has intensified during past century as the Earth’s temperatures have increased. Such change in hydrology will affect nearly every aspect of human well being, from agricultural productivity and energy use to flood control as well as municipal and industrial water supply. This study therefore, focuses on using climate projection data (precipitation and temperature) from an ensemble of 16 Global Climate Models (GCMs) and Thornthwaite Monthly Water Balance Model (TMWB) to assess changes in the basin hydrology in a high altitude mountainous Bagmati basin of Nepal. This region is considered as one of the most disaster (landslides and flood) prone basins in Hind-Kush-Himalaya due to the summer monsoon. The assessments were conducted for short (2020-2029), medium (2060-2069) and long (2090- 2099) terms relative to the base period of the 1990-1999 in high (A2), medium (A1B) and low (B1) emission scenarios. According to GCMs the basin is expected to witness higher temperatures from about 2ºC (B1) to 4.5ºC (A2) and receive higher precipitation from about 7% (B1) to 20% (A2) in 2099. The increased precipitation is primarily expected to occur during the monsoon season, suggesting a wetter monsoon. The results from TMWB modeling show generation of higher runoff, especially during the wet monsoon season, compared to 1990-1999. This implies that the basin will most likely become more vulnerable to floods and landslides during future monsoon seasons.