Assessment of the hydrological response of an urban watershed to rainfall-runoff events in different land use scenarios - Belo Horizonte, MG, Brazil.

Intense urbanization results in greater soil sealing and a consequent increase in surface runoff. When high soil sealing rates and high slopes are encountered in small catchments, high volume and short duration precipitation events increase the probability of flash floods. This study evaluates the hydrological response of an urban catchment with regard to rainfall-runoff events in the following scenarios: current land use, without a detention basin which has been part of the system since the 1970s, with the maximum soil sealing allowed by legislation, and with green infrastructure implantation in 100%, 50% and 10% of the suitable area. Hydrological modelling was performed using the Storm Water Management Model (SWMM). Six level gauges installed along the length of the stream provided the data used in model calibration and validation. The model calibration process provided adequate results: the average Nash-Sutcliffe coefficient was 0.72, the mean error of peak flow was 11% and the mean error of the runoff volume was 12%. Rainfall based on 2-, 10-, 50- and 100-year events were simulated for each scenario, as well as two observed events. In the scenario without the detention basin, an average elevation of 10% in the peak flow was observed in the catchment outlet. In the scenario with maximum soil sealing, the catchment outlet peak flow increased by 30% on average. On the other hand, in the scenario with green infrastructure implementation in 100%, 50% and 10% of the available areas, the outlet peak flow was reduced by 60%, 30% and 5%, respectively. Results indicated the efficiency of the detention basin to reduce flooding, the importance of green area preservation to reduce peak flows, as well as the catchment potential of green infrastructure implementation and the hydrological benefits that they can provide, increasing infiltration and reducing runoff volume and peak flow.

Impact of urbanisation (trends) on runoff behaviour of Pampulha watersheds (Brazil).

The paper presents an analysis of runoff behaviour of four urban catchments between the municipalities of Belo Horizonte and Contagem in Brazil, linked to their land use. Two years of online measurement of flow data, combined with spatial analysis, was linked through runoff modelisation with EPA SWMM. The coefficients of Nash obtained varying between 0.75 and 0.87 demonstrated an adequate modelling approach. A 1-year rain series was applied to evaluate the runoff behaviour of actual land cover and that of 2002. The peak flows normalised to watershed surfaces revealed as the most urbanised (85%) watershed Ressaca with 178 L/ha/s, three times more runoff intensive than the least urbanised (41%) Mergulhão with 67 L/ha/s. Statistical analysis of land cover data and modelling results on watershed and sub-watershed level showed main correlations between hydrological parameters such as peak flow, average event flow and restitution time, but also between land cover and runoff coefficient. This approach gave a linear relation between runoff and green surface, with a runoff coefficient of 0.86 for fully urbanised zone and 0.43 for full "green" cover. Prospective simulation with actual urbanisation rates varying from 4 to 34 ha/year suggested an increase between 6 and 18% of the flows and a possible end of urbanisation within the next two to three decades. These findings should contribute to a better understanding of hydrological impact of Belo Horizonte urbanisation and to the restauration of its Lake Pampulha.

Modelagem da Lagoa da Pampulha: uma ferramenta para avaliar o impacto da bacia hidrográfica na dinâmica do fitoplâncton / Modelling Lake Pampulha: a tool for assessing the catchment area impacts on the phytoplankton dynamics

RESUMO No processo de urbanização, o aumento na proporção de superfícies impermeabilizadas e as mudanças no uso do solo são responsáveis por maiores volumes e velocidades do escoamento superficial, refletindo em uma maior capacidade de arraste e em um maior aporte de nutrientes nos corpos d'água receptores. O objetivo deste trabalho foi implementar uma ferramenta matemática capaz de reproduzir o impacto de mudanças na bacia hidrográfica sobre a dinâmica do fitoplâncton em um lago urbano. Neste artigo são apresentados o desenvolvimento e os resultados de um modelo integrado constituído de um modelo hidrológico, para simular vazões escoadas em uma bacia hidrográfica, e de um modelo hidrodinâmico e ecológico, para simular a biomassa fitoplanctônica em um corpo d'água urbano. A Lagoa da Pampulha (Belo Horizonte, Minas Gerais), escolhida como estudo de caso, foi intensamente monitorada, assim como sua bacia de drenagem, entre outubro de 2011 e junho de 2013. Os dados obtidos foram utilizados para calibrar e validar ambos os modelos. Os resultados obtidos com o modelo hidrológico mostraram-se coerentes com as medidas realizadas em campo (o coeficiente de Nash variou entre 0,70 e 0,88). O modelo da lagoa representou corretamente a evolução da comunidade fitoplanctônica (erro médio absoluto normalizado: 0,25-0,42 e o coeficiente de Pearson: 0,82-0,89; p<0,0001). O monitoramento e a modelagem da lagoa mostraram que a proliferação de cianobactérias é bastante perturbada pelas desestratificações térmicas que ocorrem na lagoa em virtude de eventos meteorológicos. A ferramenta de simulação desenvolvida possui potencial para avaliar diferentes cenários de mudança das condições climáticas e das características da bacia, podendo auxiliar na gestão dos corpos d'água situados em meio urbano.

ABSTRACT In urban areas the increasing imperviousness is responsible for rising runoff volume and speed, leading to a greater capacity to load nutrients and pollutants into reservoirs. In order to study the impacts of catchment changes on the phytoplankton dynamics in urban lakes, a modelling approach in which a hydrological model is connected to an ecological lake model is proposed for Lake Pampulha (Brazil). In this paper we present the methodology used to link both models. Lake Pampulha and its catchment area were intensively monitored between October 2011 and June 2013 in order to provide data for the calibration and validation of both models. The results of the hydrologic model showed good agreement with the in situ measurements, and the Nash coefficient ranged from 0.70 to 0.88. The lake ecological model have successfully represented the cyanobacteria dynamics (normalized mean average error: 0.25-0.42, Pearson coefficient: 0.82-0.89, p<0.0001). Monitoring and modelling showed that cyanobacteria blooms are quite disturbed by water column mixing caused by rain events. The mathematical tool developed here can be used to assess different scenarios of climate changes or catchment area changes and can be very helpful for the management of urban water resources.

Desempenho dos diferentes modelos institucionais de prestação dos serviços públicos de abastecimento de água: uma avaliação comparativa no conjunto dos municípios brasileiros / Performance of different institutional management public models for water supply provision: a comparative analysis in Brazilian municipalities

Este artigo desenvolve uma avaliação comparativa entre os modelos de prestação de serviços públicos de abastecimento de água vigentes no País. De forma bastante abrangente, o estudo compara os serviços de praticamente todos os municípios brasileiros, por meio da aplicação de métodos estatísticos de variância não paramétrica. Nessa avaliação, os serviços foram agrupados a partir da seguinte classificação: prestados sob a forma de administração direta; prestados sob a forma de administração indireta (autarquias municipais); empresas privadas; e modelos regionais. O ano base do estudo foi 2008, tendo sido empregados dados secundários obtidos a partir da Pesquisa Nacional de Saneamento Básico. Foi criado um conjunto de indicadores de desempenho, referente aos aspectos operacionais e gerenciais dos serviços. Os resultados indicam diferenças significativas entre os modelos avaliados.

This paper presents a comparative assessment of the different institutional public models for water supply provision in Brazil. In an encompassing way, the study compares services of almost all Brazilian municipalities, by a nonparametric analysis of variance. For this assessment, services were grouped according to the following classification: managed by the municipality; managed by a municipal autarchy; private companies; and regional models. The base year of the study was 2008, and secondary data from the National Survey of Basic Sanitation were used. A set of performance indicators, related to operational and management aspects of services, was created. The results indicate significant differences between the evaluated models.

Pesquisa e desenvolvimento na área de saneamento no Brasil: necessidades e tendências / Research and development on environmental sanitation in Brazil: needs and trends

O artigo aborda um conjunto de dimensões envolvidas na pesquisa e desenvolvimento em saneamento, contextualizadas na realidade nacional. São discutidos os antecedentes históricos do tema, o sentido e os fins da pesquisa na área, os objetos e os métodos da investigação. Os temas da formação de recursos humanos, da divulgação, da transferência de tecnologia, do fomento e da avaliação da pesquisa são introduzidos, destacando a necessidade de seu aprofundamento. Apresenta-se uma proposta de protocolo para classificação e seleção de P&D na área e este é aplicado em caráter de exercício. O trabalho conclui pela constatação de diversas carências no tema, resultando nas necessidades de: inventário das iniciativas e programas existentes que fomentam a pesquisa na área; avaliação da base social sobre a qual esta se sustenta; debate sobre os objetos da investigação e sua base conceitual de suporte; debate metodológico; prospecção sobre temas de investigação, a partir de protocolo e metodologia apropriados. Finaliza-se com a proposta de elaboração de um plano diretor de pesquisas em saneamento, que forneça as bases e respalde uma futura política de pesquisas na área.

Ciência, tecnologia e inovação na interface entre as áreas de recursos hídricos e saneamento / Science, technology and innovation in the interface domains of water resources and environmental sanitation

O presente texto avalia oportunidades de pesquisa, desenvolvimento e inovação, científicos e tecnológicos, nas áreas de interface entre recursos hídricos e saneamento ambiental. O esforço realizado fez-se no sentido de identificar temas que representem potencial de inovação, de uma forma geral, como também de solução de problemas atuais típicos do contexto brasileiro que se expliquem por gargalos de conhecimento básico, de desenvolvimento tecnológico e de desenvolvimento institucional.

A dimensão da qualidade de água: avaliação da relação entre indicadores sociais, de disponibilidade hídrica, de saneamento e de saúde pública / The water quality dimension: an evaluation of the relationship between social, water availability, water services and public health indicators

O processo de implementação do novo modelo brasileiro de gestão de águas, instituído em âmbito nacional pela Lei 9.433/97, somente poderá ser avaliado positivamente se resultar em avanços nas questões relativas à qualidade das águas naturais. Assim, ganham especial importância as demandas específicas dos setores ambiental e de saneamento, as quais não podem mais ser negligenciadas no planejamento do aproveitamento hídrico. O presente trabalho buscou, a partir da comparação da relação de indicadores de disponibilidade hídrica e de saneamento com indicadores sociais e de saúde, destacar a importância da dimensão da qualidade de água na gestão dos recursos hídricos. Constatou-se que a condição de vida das populações é melhor retratada pela abrangência dos serviços de água e esgoto do que pela reservas hídricas medidas em termos meramente quantitativos.