Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil - PPGEC/ITEC

URI Permanente desta comunidadehttps://repositorio.ufpa.br/handle/2011/2303

O Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil (PPGEC) do Instituto de Tecnologia (ITEC) da Universidade Federal do Pará (UFPA) foi aprovado pela CAPES em 1999 e teve sua primeira turma iniciada em 2001, sendo o primeiro Curso de Mestrado Engenharia Civil na Região Norte do Brasil, realizando atividades integradas de Ensino, Pesquisa e Extensão nas áreas de Engenharia Civil e Engenharia Sanitária e Ambiental.

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Acesso aberto (Open Access)
Aplicação da RUSLE a uma pequena bacia hidrográfica da Amazônia
(Universidade Federal do Pará, 2013-09-26) SANTOS, Diego Benvindo Oliveira; BLANCO, Claudio José Cavalcante; http://lattes.cnpq.br/8319326553139808
A Amazônia vem sofrendo severas mudanças provocadas por atividades antrópicas, dentre as quais se destaca a transformação de áreas de floresta em áreas de uso agropecuário, resultando na intensificação dos processos erosivos. A erosão, com destaque ao arraste de partículas pelo escoamento superficial, causa redução da fertilidade do solo, prejudicando a produtividade agrícola, além de impactar a qualidade e quantidade dos recursos hídricos superficiais, fato agravado pelo forte regime pluviométrico e solos naturalmente pobres da região. Nesse contexto, o conhecimento dos processos erosivos, através da utilização de modelos matemáticos para predição da perda de solo, auxilia na determinação de práticas de manejo para o uso sustentável dos recursos naturais. A presente pesquisa buscou avaliar a aplicabilidade do modelo empírico RUSLE (Revised Universal Soil Loss Equation) na região, o qual considera a interação entre a energia da chuva, as características de solo e relevo, assim como os usos e manejos praticados. A pesquisa aplicou a RUSLE no trecho superior da bacia do igarapé da Prata, com uma área aproximada de 37 km², que fica localizada no município de Capitão Poço/PA, aproximadamente 160 km da capital Belém, na Meso Região Nordeste Paraense. A metodologia empregada constou da construção de uma base de dados georreferenciada, formada a partir de fontes públicas, que passaram por adequações para inserção no ambiente SIG, que quando combinados permitiram a geração de um mapa de perda de solo da área de estudo. A pequena bacia do igarapé da Prata apresentou valores da perda de solo que variaram entre 0,004 e 72,48 t/ha.ano, com uma média de 5,12 e desvio padrão de 6,97, onde aproximadamente 12% de sua área total apresentam riscos ambientais devido aos processos erosivos. E o percentual restante, para não sofrer riscos, depende de boas práticas conservacionistas.
Acesso aberto (Open Access)
Avaliação de modelos de inteligência artificial híbridos na estimativa de precipitações
(Universidade Federal do Pará, 2022-03-18) GOMES, Evanice Pinheiro; BLANCO, Claudio José Cavalcante; http://lattes.cnpq.br/8319326553139808
As análises hidrológicas realizadas a partir das precipitações na Amazônia são essenciais devido a sua importância na regulação do clima, na circulação atmosférica regional e global. No entanto, nesta região, existem limitações relacionadas a séries de dados com períodos curtos e muitas falhas, sobretudo na escala diária. Apesar dos avanços significativos em ciência e tecnologia, previsões práticas e precisas tem sido uma grande preocupação, devido a sua complexidade. Portanto, vários modelos conceituais, empíricos ou híbridos vêm sendo testados para estimativas de chuva com maior precisão. Dentre os modelos empíricos, os que incorporam métodos de inteligência artificial (IA) são abordagens potencialmente úteis para simular o processo de precipitação. As Redes Neurais Artificiais (RNA), como modelos de IA, são capazes de estabelecer uma relação entre entradas históricas (chuva, vazão, etc.) e as saídas desejadas, através de função não linear composta de vários fatores que são ajustados aos dados observados, permitindo sua estimativa. Assim, para melhorar as análises de precipitações, foi desenvolvido modelos híbridos, envolvendo Rede Neural Artificial (RNA) do tipo com Retardo de Tempo (TDNN), rede ELMAN, rede de Base Radial (RBF) e Sistema de Inferência Neuro-Fuzzy Adaptativo (ANFIS), acoplado com Wavelet Discreta de Máxima Sobreposição (MODWT). Adotaram-se 6 estações pluviométricas, que estão localizados em diferentes biomas da região, e dados de satélite (CMORPH). Os dados de chuva foram avaliados por períodos sazonais (chuvoso e menos chuvoso). Os resultados obtidos demostraram que o modelo MODWT-ANFIS teve a melhor capacidade em simular as precipitações diárias das estações pluviométricas avaliadas, mesmo para períodos menos chuvoso, que são sabidamente mais difíceis de serem simulados em relação aos períodos chuvosos. Nesse caso, as entradas de dados defasadas para 4 dias e 5 dias apresentaram melhor desempenho, com valores de Nash próximos a 1,0 e erros médios quadráticos inferiores a 0,001.
Acesso aberto (Open Access)
Cenário das outorgas de lançamento de esgoto concedidas em Belém-Pa
(Universidade Federal do Pará, 2017-11-09) RODRIGUES, Suzana Teixeira; PESSOA, Francisco Carlos Lira; http://lattes.cnpq.br/8031687016215046; BLANCO, Claudio José Cavalcante; http://lattes.cnpq.br/8319326553139808
O objetivo do trabalho foi analisar o cenário das Outorgas de Lançamento concedidas no Município de Belém, no Estado do Pará, pela Secretaria de Estado de Meio Ambiente e Sustentabilidade – SEMAS, no período de 2013 a 2016. O estudo dividiu-se em 3 etapas: 1- coleta das informações junto à Secretaria; 2- elaboração de um mapa com a espacialização dos pontos de lançamento das outorgas vigentes; 3- quantificação das vazões indisponíveis para cada bacia urbana no município de Belém. Os resultados mostraram que existem 24 outorgas vigentes no município de Belém, das quais 62,5% são de lançamentos de condomínios residenciais, 25% são industriais e 12,5% são de outros setores (como hospital e aeroporto). O corpo hídrico com maior quantidade de pontos de lançamento foi o Igarapé/Canal de Val-de-Cans com 5 pontos outorgados, seguido do Igarapé São Joaquim/São Raimundo com 4 pontos outorgados. Em relação ao tratamento dos efluentes, antes do lançamento no corpo d’água, observou-se que existe uma minoria com tratamento a nível terciário com desinfecção, pois a maioria das Estações de Tratamento é de nível secundário, ou seja, removem apenas matéria orgânica, porém ainda existem empreendimentos com tratamento que utilizam tanque séptico e filtro. Os resultados mostraram também que a bacia urbana com maior vazão indisponível é a Bacia do Una, com 44.680,32 m³/dia, seguida da Bacia do Outeiro com 28.567,20 m³/dia. Ressalta-se que o estudo trata apenas dos dados oficiais da SEMAS, o que não evidencia as reais condições dos corpos hídricos, visto que existem muitos lançamentos que não estão regularizados pelo órgão e que contribuem para a poluição desenfreada causada pela falta de rede de esgoto no município de Belém.
Acesso aberto (Open Access)
Contribuição à classificação de pequenas bacias hidrográficas em função da área de drenagem
(Universidade Federal do Pará, 2018-05-25) SANTANA, Laila Rover; BLANCO, Claudio José Cavalcante; http://lattes.cnpq.br/8319326553139808
A adoção de um valor de área para definir grandes, médias ou pequenas bacias hidrográficas deve levar em consideração os diversos processos envolvidos no comportamento das bacias. Em pequenas bacias, os fenômenos de conversão chuva-vazão são descritos utilizando técnicas mais simples. Buscando classificar pequenas bacias hidrográficas em função de suas áreas de drenagem, o estudo teve como principal objetivo identificar e classificar as pequenas bacias da Amazônia Legal, utilizando um modelo linear simples (MLS). O modelo é aplicado aos dados de chuva e vazão de bacias testes selecionadas, a fim de verificar a linearidade entre essas variáveis. O MLS utilizado neste estudo é baseado em um sistema linear e invariável no tempo, que estabelece uma relação de causa e efeito entre os dados de chuva e vazão. O desempenho do modelo foi avaliado através do RMS (raiz quadrada do erro quadrático médio), e a partir dos resultados pequenas bacias hidrográficas foram classificadas em função da área de drenagem. O método de Otto Pfafstetter é aplicado buscando identificar em que nível de codificação são encontradas apenas pequenas bacias hidrográficas. Os resultados indicaram que nas bacias com áreas de drenagem menores ou iguais a 620 km² o ajuste entre as curvas de permanência das vazões observadas e simuladas foi melhor, apresentando valores de RMS abaixo de 3 m³/s. Já nas bacias com dimensões acima de 620 km², os resultados de RMS ultrapassaram 4 m³/s, e as curvas de permanência não apresentaram bom ajuste, demonstrando que o MLS falha quando aplicado aos dados hidrológicos dessas bacias. Assim, as pequenas bacias hidrográficas da Amazônia Legal foram classificadas com áreas de drenagem menor ou igual a 620 km². O método de Ottocodificação foi aplicado até o nível 9, onde foram delimitadas 51.319 ottobacias, todas classificadas como pequenas bacias.
Acesso aberto (Open Access)
Contribuição à Regionalização de Vazão Mínima de Referência na Amazônia Legal
(Universidade Federal do Pará, 2016-10-25) BARROS, Calina Grazielli Dias; PESSOA, Francisco Carlos Lira; http://lattes.cnpq.br/8031687016215046; BLANCO, Claudio José Cavalcante; http://lattes.cnpq.br/8319326553139808
Estudos em recursos hídricos, que visam o conhecimento de vazões em bacias hidrográficas, são de grande importância em hidrologia, pois quase sempre a rede hidrométrica não cobre todas as regiões de interesse. Sendo assim, faz-se necessário o uso de técnicas que possibilitem a transferência de informações de locais monitorados para locais sem monitoramento. Neste contexto, foram propostos modelos matemáticos para determinação de vazão mínima de referência na Amazônia Legal, através do método de regionalização de vazões. A metodologia empregada teve como base a vazão mínima de referência Q95%, obtida a partir das curvas de permanência plotadas com base na equação de Weibull, além das características morfoclimáticas das bacias hidrográficas, como a área de drenagem (A), precipitação anual média (P) e comprimento do rio (L). Os dados utilizados para a regionalização pertencem a seis grupos hidrologicamente homogêneos analisados no estudo. De posse dessas informações, e a fim de definir quais variáveis explicativas (A, P e L) fariam parte dos modelos a serem aplicados, foi realizado o teste de multi-colinearidade. Assim, tomando-se o resultado do teste anterior, foram construídos os modelos matemáticos de regionalização da vazão mínima de referência Q95%, por meio de modelos de regressão múltipla (linear, potencial, exponencial e logarítmico). Em primeira análise, os valores de desempenho (erros percentual absoluto médio, coeficientes de determinação, coeficiente de determinação ajustados) foram insatisfatórios. Por essa razão, optou-se em dividir os grupos hidrologicamente homogêneos em função do intervalo com mesma ordem de grandeza de áreas e vazões. Dessa forma, os resultados obtidos no ajuste dos modelos apresentaram um melhor desempenho, que pode ser verificado pelo erro percentual absoluto médio abaixo de 13,78% em todos os grupos. Os modelos que obtiveram melhor desempenho foram selecionados para a validação, observando-se dessa maneira, que o modelo linear foi o que apresentou os melhores resultados para nove dos grupos e subgrupos testados, destacando-se também os modelos potencial e logarítmico, em que cada um simulou seis dos subgrupos. Assim, a partir das equações regionais que apresentaram bons resultados, tanto no ajuste quanto na validação, pode-se obter a vazão Q95%, em uma bacia sem dados de vazão em função das regiões homogêneas ou grupos determinados no estudo, tendo como dados de entrada as características físicas e climáticas dessa bacia.
Acesso aberto (Open Access)
Desenvolvimento de uma metodologia para implantação de centrais maremotrizes: aplicação na costa atlântica do Pará
(Universidade Federal do Pará, 2014-10-06) OLIVEIRA, Luciana Leal Pimentel; MESQUITA, André Luiz Amarante; http://lattes.cnpq.br/1331279630816662; BLANCO, Claudio José Cavalcante; http://lattes.cnpq.br/8319326553139808
Apresenta-se uma metodologia para implantação de centrais maremotrizes, na qual foram modelados fenômenos e parâmetros necessários aos estudos básicos de projeto. A área de estudo escolhida foi a Costa Atlântica Paraense. Assim, um modelo simplificado foi proposto para representar o reservatório. Este modelo foi validado com os resultados obtidos através da batimetria realizada no estuário do Bacanga em São Luís do Maranhão. Além da modelagem do reservatório, as alturas de maré foram modeladas através do processo de interpolação hermitiana. O diâmetro da turbina foi determinado por correlações disponíveis na literatura. A vazão decorrente da variação de altura de queda entre o mar e o reservatório provocada pelas variações maré, foi determinada através da fórmula de Hazen-Williams. A modelagem do reservatório e da altura de maré, mais os métodos de determinação do diâmetro da turbina e da vazão turbinada, permitiram a determinação da potência instalada e da energia gerada em cada local estudado, os quais foram classificados como de pequeno, médio e grande porte. Posteriormente, foi realizada a análise de custos para cada local, incluindo custo de investimento, operação, manutenção e custo unitário de energia. O custo de investimento da energia maremotriz, em comparação com as outras fontes de energia, é alto. Entretanto, o custo unitário de energia é bem mais baixo do que o custo unitário de energia de seu principal concorrente na região, os geradores a diesel. A modelagem dos três casos supramencionados e seus resultados de energia gerada e custos, demonstram que a energia das marés tem potencial para ser explorada na Costa Atlântica do Pará.
Acesso aberto (Open Access)
Estimativa de sedimentos em suspensão utilizando um perfilador acústico de correntes por efeito doppler
(Universidade Federal do Pará, 2019-03-28) OLIVEIRA, Pablo Abreu de; BLANCO, Claudio José Cavalcante; http://lattes.cnpq.br/8319326553139808
Na gestão dos recursos hídricos é de fundamental importância conhecer o comportamento, a qualidade e a quantidade de sedimentos transportados em ambientes fluviais. Esses dados sedimentométricos são úteis na definição de vários aspectos e resolução de problemas da engenharia de recursos hídricos. O ADCP (Acoustic Doppler Current Profilers) é uma nova tecnologia para medições de vazão e velocidade em rios através de ondas acústicas, que também podem ser convertidas em concentrações de sedimentos. Nesse contexto, o objetivo do presente trabalho é verificar a aplicabilidade da utilização do ADCP como uma alternativa para medições de sedimentos em suspensão. Para isso, foi utilizado o método de Gartner (2002), calibrando sua equação com as concentrações obtidas pelo método de amostragem pontual, coletadas com uma garrafa de Van Dorn no rio Guamá. O método utilizado para obter CSS (Concentração de sedimentos em suspensão) com dados do ADCP resultou em uma boa estimativa das concentrações, apoiada na calibração supracitada. Houve uma boa correlação entre a concentração de sedimentos medida e a estimada de 0,68 para CSS pontual e de 0,81 para CSS média das verticais. Através das análises dos dados gerados podemos afirmar que o ADCP também pode ser utilizado para medir sedimentos em suspensão de maneira indireta a partir do retorno do sinal acústico.
Acesso aberto (Open Access)
Estimativas de curvas IDF e curvas de permanência na Amazônia sob a influência de mudanças climáticas
(Universidade Federal do Pará, 2021-02-05) COSTA, Carlos Eduardo Aguiar de Souza; BLANCO, Claudio José Cavalcante; http://lattes.cnpq.br/8319326553139808
Os impactos nos recursos hídricos globais podem ser mais intensos devido às mudanças climáticas, dificultando o acesso à água e, consequentemente, a manutenção da vida. Na Amazônia, o efeito pode ser ainda pior, por se tratar de uma das regiões mais vulneráveis a essas mudanças. Os cenários Representative Concentration Pathways (RCPs) são ferramentas essenciais para os General Circulation Models (GCMs) e Global Hydrological Models (GHMs) simularemmudanças climáticas futuras. Já curvas de Intensidade, Duração e Frequência (IDF) e curvas de permanência de vazão são fundamentais para elaboração de projetos hidráulicos e gerenciamento de riscos. Assim, os objetivos principais deste estudo foram: 1- elaborar projeções de curvas IDF para a bacia hidrográfica do Tapajós nos RCP 4.5 e 8.5, utilizando dados dos GCMs HadGEM2-ES, CanESM2 e MIROC5; e 2- analisar variações nas curvas de permanência e volumes disponíveis do Rio Amazonas utilizando dados do GHM WaterGAP2 forçado pelo MIROC5 e HadGEM2-ES (nos RCPs 6.0 e 8.5). As curvas IDF projetadas foram comparadas com a IDF existente, elaborada a partir de um método estacionário. As curvas de permanência base foram criadas a partir dos últimos 20 anos de vazões observadas e comparadas com as curvas dos cenários futuros (a partir de 2020). Calcularam-se dos volumes decadais. As maiores diferenças para as curvas IDF projetadas foram no MIROC5 (143,15% no RCP 8.5) e as menores diferenças foram no HadGEM2-ES(4% no RCP 4.5) ambas para o período de retorno de 100 anos. As resoluções espaciais de cada GCM influenciaram as curvas IDF, já que o CanESM2 não apresentou resultados satisfatórios e o MIROC5 foi o que melhor representou as possíveis diferenças futuras. A maioria das vazões extremas foram para 2080 a 2099. Para WaterGAP2 (MIROC5), a maioria dos volumes ficaram abaixo da média decadal do século, aumentando a partir de 2060. Para projeções de WaterGAP2 (HadGEM2-ES) os volumes costumam estar próximos ou abaixo da média decadal, com queda a partir de 2060. Diante dos resultados apresentados, o MIROC5 é o modelo mais indicado para estudos de projeções climáticas na Amazônia.
Acesso aberto (Open Access)
Influência da variabilidade climática das chuvas sobre a erosividade
(Universidade Federal do Pará, 2016-08-26) COSTA, Carlos Eduardo Aguiar de Souza; BLANCO, Claudio José Cavalcante; http://lattes.cnpq.br/8319326553139808
Um dos principais modelos para avaliar a perda de solo por erosão é o “Universal Soil Loss Equation” (USLE), onde a determinação do potencial erosivo consiste no produto de vários índices, entre eles o de erosividade da chuva (R). Através do R é possível identificar quando se tem o maior risco de erosão hídrica. Além disso, é importante estudar de que forma as mudanças climáticas influenciam neste fator, verificando assim possíveis tendências a eventos erosivos. Diante disto, esta pesquisa teve como objetivo analisar a influência das anomalias climáticas ENOS (El Niño Oscilação Sul) e Dipolo do Atlântico sobre a erosividade das chuvas em Belém, PA. Assim, calculou-se a erosividade mensal da série de 1986 a 2015, classificando-as quanto à intensidade; classificaram-se os eventos ENOS no mesmo período de tempo, através do Índice de Oscilação do Niño (ION); verificou-se a ocorrência do Dipolo do Atlântico através dos índices TNA (Tropical Northern Atlantic) e TSA (Tropical Southern Atlantic), obtendo-se o gradiente inter-hemisférico (GIH). Com esses dados, foram realizadas a análise de correlação de Pearson e análise de regressão linear entre os índices de erosividade e os ION e GIH. Assim, observou-se que o potencial erosivo das chuvas é afetado, pelo fenômeno ENOS, de modo que um maior número de meses teve menor potencial erosivo em anos de El Niño. Nos anos de La Niña, foi observado aumento nos índices de erosividade devido ao acréscimo na precipitação pluviométrica, porém não representativo. Os anos de ocorrência de Dipolo Negativo apresentaram correlação forte, o que leva a concluir que este fenômeno possivelmente tem mais influência sobre a erosividade. O Dipolo Positivo mostrou pouca correlação com o potencial erosivo. Assim, percebeu-se que a erosividade sofreu alterações, apresentando efeitos que não somente se repetiram, como também mostraram fortes correlações com os índices climáticos.
Acesso aberto (Open Access)
Influência das mudanças climáticas no balanço hídrico dos lagos de abastecimento de Belém-PA
(Universidade Federal do Pará, 2022-05-06) SILVA, Fabíola Souza da; BLANCO, Claudio José Cavalcante; http://lattes.cnpq.br/8319326553139808
As mudanças climáticas, projetam para os recursos hídricos globais, mudanças drásticas nos padrões de distribuição e disponibilidade de água. Assim, o objetivo deste estudo foi investigar os impactos que as mudanças climáticas terão no ciclohidrológico local. E analisar, se os lagos Bolonha e Água Preta, responsáveis por abastecer parte da cidade de Belém-PA, terão capacidade para atender a demanda futura de água. Para isso, foi realizada a projeção do balanço hídrico dos lagos até o ano de 2100, utilizando os GCMs MIROC5 e HADGEM2-ES alinhados ao RCM Eta,a partir de dois cenários de emissão de gases do efeito estufa RCPs 4.5 e 8.5. Foi necessário, também, realizar a projeção da população da cidade de Belém-PA até o ano de 2100, utilizando o modelo de Gompertz. Os resultados projetaram uma grande redução no volume precipitado nos meses chuvosos, comparados aos dados históricos; e para o período de verão as projeções apontam meses mais secos que o normal. A projeção da evaporação superficial mostrou um aumento do volume superficial evaporado. As consequências das projeções sobre o balanço hídrico futuro dos lagos, foi uma grande redução no volume de ambos, dificultando a recuperação de suas capacidades máximas. As projeções de cenários futuros dos lagos mostraram que a produção atual da COSANPA não será capaz de atender demanda futura da sociedade, ocasionando uma situação de escassez hídrica até o final do século, o que levará a necessidade de aumento de bombeamento de água bruta para o manancial. Desta forma, compreender como as mudanças das variáveis hidrológicas afetarão a disponibilidade de água é uma ferramenta importante, na busca de mitigar os impactos e realizar o planejamento e gerenciamento em longo prazo deste recurso.
Acesso aberto (Open Access)
Modelagem estocástica de função cumulativa de probabilidades de precipitação diária na região hidrográfica tocantins-araguaia (RHTA)
(Universidade Federal do Pará, 2019-03-28) PROGÊNIO, Mayke Feitosa; BLANCO, Claudio José Cavalcante; http://lattes.cnpq.br/8319326553139808
Conhecer o comportamento temporal e espacial da probabilidade de ocorrência de precipitação pluviométrica é indispensável para o planejamento e gestão das atividades agrícolas e agroindustriais. Entretanto, em algumas bacias hidrográficas as séries históricas de precipitação disponíveis são geralmente curtas e com grande número de falhas, o que dificulta as análises estatísticas. Assim, o objetivo do trabalho foi desenvolver um modelo estocástico de função cumulativa de probabilidades de precipitação diária na região hidrográfica Tocantins Araguaia-RHTA. O modelo é do tipo paramétrico, no qual as ocorrências das precipitações foram determinadas através da cadeia de Markov (CM) de 1ª ordem e as quantidades de precipitação foram estimadas por 4 funções cumulativas de probabilidade (FCPs) sendo elas: exponencial simples, exponencial a dois parâmetros, exponencial mista e gama. Os parâmetros das FCPs foram estimados pelo Método da Máxima Verossimilhança. O processo de simulação foi realizado separadamente para cada estação pluviométrica, sem considerar a correlação espacial entre elas. O modelo desenvolvido foi aplicado em 196 estações pluviométricas distribuídas em 3 regiões homogêneas (RH) de precipitação na RHTA. Os resultados mostraram que a CM de 1ª ordem foi capaz de reproduzir de forma satisfatória a quantidade de dias secos e chuvosos. No entanto, nas áreas fortemente influenciadas por longas séries de estiagem, os resultados não foram satisfatórios. Em relação à estimativa das quantidades precipitadas, o teste Kolmogorov-Smirnov (KS) e o gráfico de probabilidade-probabilidade (P-P) mostraram que a exponencial mista foi a que apresentou melhores aderências aos dados observados para a maioria dos meses do ano, com exceção dos meses menos chuvosos de junho, julho e agosto na RH II e RH III, e nos meses de setembro, outubro e novembro para a RH I, para os quais a função gama se mostrou mais eficiente, estes resultados também foram confirmados pelos baixos valores de Root Mean Square Error (RMSE) e Mean absolute Error (MAE). Assim, o modelo desenvolvido mostrou-se eficiente na estimativa de precipitações médias diárias na RHTA, além disso, o uso de mais de uma FCP proporcionou ao modelo maior capacidade de estimar as precipitações em diferentes locais e estações do ano.
Acesso aberto (Open Access)
Modelo vazão-velocidade para avaliação de potencial hidrocinético
(Universidade Federal do Pará, 2018-05-25) CRUZ, Josias da Silva; BLANCO, Claudio José Cavalcante; http://lattes.cnpq.br/8319326553139808
A rede de informações hidrológicas brasileira disponibiliza dados de vazões diários, contudo, as informações de velocidades diárias não estão disponíveis em séries históricas. O inventário de velocidades dos rios é importante para muitas aplicações, e uma delas é o estudo de potencial hidrocinético, inclusive a jusante de centrais hidrelétricas. Portanto, o trabalho propõe um modelo denominado Vazão Velocidade que determina a velocidade média diária, a forma geométrica e a distribuição do perfil logarítmico de velocidade da seção transversal de rios a partir de dados de vazão diária. O modelo foi aplicado inicialmente em uma pequena bacia hidrográfica com dados de vazão e a validação foi realizada utilizando o erro médio quadrático – RMSE, o erro médio quadrático relativo - RRMSE, a razão do desvio padrão de observação – RSR e a porcentagem de viés – PBIAS. Posteriormente, o modelo foi aplicado às bacias hidrográficas dos rios Amazonas, São Francisco e Paraná (maiores bacias do Brasil), usando a maior e menor vazão da série histórica. A maior e menor velocidade média encontrada no rio Amazonas foi de 2,27 ms-1 e 0,735 ms-1 na seção transversal de Óbidos para uma vazão de 266 897 m³s-1 e 72 480 m³s-1, respectivamente. Os principais contribuintes do rio Amazonas, com exceções dos rios Trombetas, Madeira e Xingu, apresentam velocidades médias diárias abaixo de 2 ms-1 para o período de cheia, porém, no período de estiagem as velocidades médias diárias de todos são abaixo de 0,5 ms-1. O rio São Francisco, nas seções transversais estudadas ao longo de sua extensão, apresenta velocidades entre 3,087 ms-1 a 1,679 ms-1 para o período de cheia e no período de estiagem as velocidades estão entre 0,437 ms-1 a 0,116 ms-1. Já no rio Paraná, as velocidades estão entre 2,167 ms-1 a 1,504 ms-1 e 0,594 ms-1 a 0,118 ms-1 para a maior e menor vazão, na devida ordem. Verificou-se que o rio Amazonas tem potencial hidrocinético que pode ser explorado durante o ano todo. Na bacia do São Francisco, somente no período de maiores vazões há potencial para a instalação de turbinas hidrocinéticas, idem para a bacia do rio Paraná. É claro que, em pontos dos rios onde existam centrais hidrelétricas essa avaliação deve mudar devido ao despacho das centrais.
Acesso aberto (Open Access)
Modelo WEPP para estimativa da produção de sedimentos em uma pequena bacia hidrográfica da Amazônia
(Universidade Federal do Pará, 2017-12-06) SAMPAIO, Liliane da Cruz; BLANCO, Claudio José Cavalcante; http://lattes.cnpq.br/8319326553139808
Os processos erosivos produzem diversos prejuízos econômicos e ambientais. O desenvolvimento de modelos matemáticos tem possibilitado quantificar esses processos, permitindo estimar a magnitude do problema, visando minimiza-lo. Nesse sentido, este trabalho utiliza o modelo WEPP (Water Erosion Prediction Project) para simular a produção de sedimentos, em uma pequena bacia hidrográfica da Amazônia, bacia do igarapé da Prata, localizada no Município de Capitão Poço-PA. Os parâmetros principais calibrados do modelo WEPP foram: saturação inicial do solo (Si), erosão pelo fluxo superficial (Ki), erosão pelo fluxo em canais ou em sulcos (Kr) e condutividade hidráulica saturada (Ke). Após a calibração, pôde-se verificar que a maior parte da produção de sedimento está nos planos próximos ao exutório da bacia. E como é de se esperar, essa produção é maior em áreas com predominância de agricultura e pecuária. Os resultados da estimativa de produção de sedimentos calculada pelo modelo foram comparados a dados observados do ano de 2012. O modelo apresentou um valor 131,99 t/km², valor próximo ao observado, que foi de 121,64 t/km2. Esse resultado leva a conclusão de que os valores calculados pelo modelo estão coerentes com a realidade da produção de sedimentos da pequena bacia hidrográfica em questão.
Acesso aberto (Open Access)
Modelos empíricos para estimativa de produção de sedimentos
(Universidade Federal do Pará, 2015-03-20) SILVA, Danielle Sebastiana dos Santos; BLANCO, Claudio José Cavalcante; http://lattes.cnpq.br/8319326553139808
Os processos erosivos que ocorrem em uma bacia hidrográfica têm sido objetos de preocupações associadas ao planejamento e gestão do uso do solo e dos recursos hídricos. Nesse caso, modelos empíricos de simulação hidrossedimentológica são ferramentas importantes, e de baixo custo, na avaliação da erosão do solo em decorrência do uso e manejo da terra. Assim, o trabalho objetivou analisar o potencial de produção de sedimentos via três modelos empíricos aplicados a uma pequena bacia hidrográfica da Amazônia, a bacia do igarapé da Prata localizada no Município de Capitão Poço-PA. Os modelos analisados e utilizados foram a USLE (Universal Soil Loss Equation); o modelo de Poesen; e o modelo de Langbein-Schumm. Os resultados apontam que a USLE teve produção média de sedimentos igual a 146,20 (t/Km²); o modelo de Langbein-Schumm, produção média igual a 114,25 (t/Km²); e o modelo de Poesen, produção média igual a 7,57 (t/Km²). Os resultados encontrados pelos dois modelos primeiramente mencionados são da mesma ordem de grandeza, indicando que o modelo de Langbein-Schumm, para o caso analisado, é comparável ao clássico modelo USLE. Esses resultados foram comparados a dados observados (2012-2013) de sedimentos em suspensão e o modelo de Langbein-Schumm foi o que mais se aproximou das observações.
Acesso aberto (Open Access)
Probabilidade de ocorrência de chuvas e sua variação espacial e temporal na bacia hidrográfica do Rio Tapajós
(Universidade Federal do Pará, 2017-06-30) SANTOS, Vanessa Conceição dos; BLANCO, Claudio José Cavalcante; http://lattes.cnpq.br/8319326553139808
Os estudos da probabilidade de ocorrência de chuvas e de sua variação espacial e temporal são importantes no planejamento de atividades agrícolas e de engenharia de recursos hídricos. Entretanto, análises estatísticas relacionadas às chuvas encontram limitações referentes ao tamanho das séries históricas disponíveis, que em sua maioria são insuficientes ou apresentam um grande número de falhas. Uma boa alternativa para superar essas limitações é a geração de séries pluviométricas por meio do uso de modelos estocásticos. Nesse sentido, o objetivo foi elaborar uma metodologia para determinar a probabilidade de ocorrência de dias secos e chuvosos e estimar chuvas médias diárias. Desse modo, a determinação das ocorrências foi feita com a utilização de Cadeias de Markov de 1a ordem e dois estados e, para as quantidades, foram utilizadas as distribuições cumulativas de probabilidade Gama e Weibull, cujos parâmetros foram estimados tanto pelo Método da Máxima Verossimilhança quanto pelo Método dos Momentos. O modelo desenvolvido foi aplicado a 80 estações pluviométricas distribuídas na Bacia Hidrográfica do Rio Tapajós (BHRT). Os resultados das probabilidades de ocorrência de períodos secos e chuvosos definiram para a BHRT a estação seca de maio a setembro e a estação chuvosa de outubro a abril. Os elementos da matriz de transição de probabilidades e os parâmetros alfa e beta evidenciaram a variabilidade em relação ao tempo e, além disso, a influência da posição geográfica da estação pluviométrica na determinação de períodos secos e chuvosos em localidades específicas. A validação do modelo foi realizada por meio do teste de aderência de Kolgomorov-Smirnov, que demonstrou que a chuva média diária pode ser estimada com bom desempenho por meio da Cadeia de Markov de 1a ordem e dois estados com a distribuição Gama e Weibull a dois parâmetros. Entretanto, a distribuição Gama destacou-se na estimativa da chuva média diária para a maioria dos meses do ano, com exceção dos meses de março, julho e dezembro, para os quais a distribuição Weibull se mostrou eficiente.
Acesso aberto (Open Access)
Proposta de otimização de modelo de regionalização de curvas de permanência de vazões
(Universidade Federal do Pará, 2014-05-16) SILVA, Raimunda da Silva e; BLANCO, Claudio José Cavalcante; http://lattes.cnpq.br/8319326553139808
Devido à carência de dados de vazão no Estado do Pará, a regionalização de curvas de permanência de vazões, apresenta-se como uma técnica importante, permitindo a estimativa de vazões em locais com dados insuficientes ou inexistentes. Assim, o presente trabalho visa propor a otimização de um modelo de regionalização de curvas de permanência de vazões para a região paraense. O modelo teve como base de dados 43 estações fluviométricas distribuídas no Estado do Pará. As curvas de permanência foram calibradas utilizando-se 5 modelos matemáticos de regressão: potência, exponencial, logarítmico, quadrático e cúbico. O modelo de regionalização foi estabelecido, usando-se a técnica de regressão múltipla. A variação espacial dos parâmetros dos modelos foi explicada em termos de área de drenagem, precipitação média anual, comprimento e desnível do rio principal. O modelo foi validado através do procedimento de Jack-knife. O melhor ajuste do modelo cúbico foi representado matematicamente pelos erros quadráticos relativos médios percentuais (ϵ%), coeficientes de Nash-Sutcliffe (Nash) e pelos ajustes gráficos das vazões simuladas e observadas. A otimização do modelo, seguindo o método da tentativa e erro, deu-se pelo agrupamento das estações por área de drenagem e pela inserção de estações sintéticas. O número de estações sintéticas inseridas no modelo foi avaliado pelo Root Mean Square Error (RMSE), coeficiente de Nash e pelo ϵ%. Para os grupos I e II o número ótimo de estações sintéticas, que se juntaram às já consideradas nos grupos, foi 6 e 3, respectivamente. No grupo III somente o método de agrupamento em relação às áreas de drenagem foi suficiente para um bom desempenho do modelo de regionalização. O bom desempenho do modelo calibrado, validado e otimizado demonstrou o potencial deste na estimativa das curvas de permanência dos rios que cortam o Pará. As coordenadas geográficas das estações sintéticas, que otimizaram o modelo, podem servir como sugestão para o poder público de onde instalar novas estações. O número de novas estações seria limitado aos resultados da otimização, racionalizando-se recursos e aproveitando o modelo desenvolvido para determinar curvas de permanência de vazão para todo o estado do Pará. Nesse caso, as novas estações instaladas, também ajudariam, futuramente, a melhorar o desempenho do modelo.
Acesso aberto (Open Access)
Redes neurais recorrentes para modelagem chuva-vazão de pequenas bacias hidrográficas amazônicas
(Universidade Federal do Pará, 2022-04-29) MENDONÇA, Leonardo Melo de; BLANCO, Claudio José Cavalcante; http://lattes.cnpq.br/8319326553139808
Modelos chuva-vazão podem auxiliar o gerenciamento de recursos hídricos, principalmente na Amazônia, região marcada pela baixa densidade de monitoramento hidrológico, e assim beneficiar os usos múltiplos da água e o adequado aproveitamento dos recursos hídricos. Este trabalho busca simular vazões diárias de cinco pequenas bacias hidrográficas da Amazônia, através da Rede Neural Recorrente Não linear Autorregressiva com Variável Exógena (RNN-NARX). Dados pluviométricos e fluviométricos diários foram utilizados para simulação. As funções de correlação cruzada e autocorrelação parcial auxiliaram a determinação de dados defasados, entradas relevantes, com nível de significância de 5%. Além disso, foi utilizado o algoritmo de retropropagação do erro Levenberg-Marquardt para treinamento supervisionado das RNN-NARX. Também foram utilizados cinco índices estatísticos e a contribuição relativa de Garson de cada variável de entrada para avaliação das simulações. Deste modo, as vazões simuladas foram classificadas entre o insatisfatório e o muito bom, além de apresentar tendência, geral, a subestimar vazões de cheia. A característica autorregressiva de cada bacia é fundamental para melhores resultados, qualidade atribuída à capacidade de armazenamento de água. Uma explicação plausível para as principais fontes de incerteza é devida a variabilidade espacial da precipitação entre as estações de monitoramento e as precipitações ocorridas na bacia, anomalias meteorológicas e aspectos de discretização. A análise de sensibilidade dos modelos frente a diferentes intervalos de treinamento mostrou que a implementação de 2 anos, para o treinamento supervisionado das RNN-NARX, são suficientes para se obterem simulações eficientes em quatro das cinco pequenas bacias hidrográficas da Amazônia analisadas.
Acesso aberto (Open Access)
Regionalização de precipitações via fuzzy C-means
(Universidade Federal do Pará, 2017-04-05) GOMES, Evanice Pinheiro; BLANCO, Claudio José Cavalcante; http://lattes.cnpq.br/8319326553139808
O conhecimento do comportamento da precipitação é indispensável, pois qualquer alteração na sua quantidade e distribuições espaciais e temporais, têm um impacto importante sobre a natureza e consequentemente nas diversas atividades humanas. Contudo em estudos de precipitação, a falta de monitoramento pluviométrico, gerando a ausência de informação ao longo do tempo e espacialmente nas bacias hidrográficas é um problema. Com o intuito de contornar esse problema, no presente trabalho, foi proposto a aplicação do método de regionalização de precipitações. Nesse contexto, a ideia principal foi dividir a região hidrográfica Tocantins Araguaia – RHTA em regiões homogêneas, definidas pelo método Fuzzy C-means, e para cada uma, definir modelos de probabilidades de ocorrência de chuvas e modelos regionais de estimativa de precipitações mensais e anuais. Para o desenvolvimento do método Fuzzy C-means, adotou-se a distância euclidiana, como medida de similaridade e o parâmetro de fuzificação, variando de 1,2 a 2,0, e as variáveis explicativas de precipitação (altitude, latitude e longitude), foram usadas como dados de entrada. Foram obtidas 3 regiões homogêneas por intermédio do método Fuzzy C-means, as quais foram validadas pelo índice PBM e o teste de heterogeneidade. As frequências de ocorrências de chuvas observadas foram geradas para cada uma das 83 estações pluviométricas, distribuídas em suas respectivas regiões, e calibradas pelas funções de probabilidade Normal, LogNormal, Gama, Gumbel, Exponencial, Logarítmica e Weibull. Com a aplicação do teste do qui-quadrado, definiu-se a melhor função de probabilidade na ocorrência de chuvas de cada região homogênea. A validação das funções de probabilidades foi realizada em 9 estações alvo, a partir do teste qui-quadrado. Nesta etapa, foi observado que para precipitação média anual, ocorreu aderência dos dados a todas as estações pluviométricas alvo, pois apresentaram resultados da aplicação do teste qui-quadrado inferior a 5,99 (para funções de distribuição Log-normal). Também se constatou que para precipitação média mensal, houve aderência dos dados a todas as estações pluviométricas alvo, com as funções Gama e Weibull. Para simulação de alturas de precipitação, foram testados na calibração, modelos Linear, Potencial, Exponencial e Logaritmo, através do método devi regressão múltipla, adotando como variáveis independentes, a altitude, latitude e longitude. Como critério de desempenho dos modelos, foi utilizado o R², R²_a, E%, ϵ%, NASH e RMSE. Na simulação de médias anuais o modelo Linear apresentou os melhores índices de desempenho. Na estimativa de precipitações médias mensais, todos os modelos de regressão múltipla não apresentaram bom desempenho, com erros acima de 50%, fato que provocou a estimativa de chuvas médias mensais para períodos chuvosos e secos. Nessa nova abordagem os modelos de regressão apresentaram critérios de desempenho adequados e com erros abaixo de 10%. Os índices de desempenho encontrados permitiram concluir que os modelos regionais desenvolvidos para as regiões homogêneas de precipitações, definidas por meio do método Fuzzy C-Means, apresentam-se como uma opção adequada na estimativa de precipitações anuais e em períodos secos e chuvosos, e são importantes para um melhor entendimento do regime pluviométrico na RHTA, podendo servir como ferramenta para um melhor planejamento dos recursos hídricos na região.
Acesso aberto (Open Access)
Viabilidade econômica de sistemas de captação de água da chuva para fins não potáveis em dois prédios da Universidade Federal do Pará
(Universidade Federal do Pará, 2018-03-08) CARDOSO, Raisa Nicole Campos; BLANCO, Claudio José Cavalcante; http://lattes.cnpq.br/8319326553139808
Com o aumento da demanda global, é importante que as entidades busquem alternativas de suprimento de água visando o uso sustentável, de forma a minimizar o consumo de água potável para usos que não precisam ser potáveis em prédios públicos, e, assim, cumprir com os critérios de sustentabilidade ambiental exigidos pela Instrução Normativa n° 01/2010 do Ministério do Planejamento, Orçamento e Gestão – MPOG. Portanto, o objetivo principal deste trabalho é estudar a viabilidade econômica ao incorporar um sistema de captação de água da chuva em dois prédios de ensino superior da Universidade Federal do Pará – UFPA, um abastecido pela Estação de Tratamento de Água (ETA) da universidade e outro pela concessionária local. O dimensionamento do reservatório foi realizado através do método computacional Netuno 4.0. Este método é baseado em modelos comportamentais, e os dados de entrada necessários para utilização do algoritmo são: uma série histórica de precipitação diária, o volume de descarte inicial de primeiras chuvas; área de captação; o número de habitantes do prédio; a demanda diária de água per capita; o percentual de água potável a ser substituído por água pluvial; o coeficiente de escoamento superficial e; demais informações necessárias para o dimensionamento do volume dos reservatórios superior e inferior. A simulação determina uma relação entre potencial de economia de água potável e volume do reservatório, de acordo com o intervalo de volume inserido nos dados de entrada da simulação, o percentual de atendimento da demanda, o consumo de água pluvial e o volume extravasado. Além de realizar o dimensionamento, o Algoritmo do Netuno possibilita uma análise econômica considerando os indicadores: Valor Presente Líquido (VPL), Taxa Interna de Retorno (TIR) e Payback descontado. O Netuno possibilita uma modelagem detalhada, com a indicação de um volume ideal de reservatório inferior em função da demanda e do potencial de aproveitamento. Para determinação da demanda, foram obtidas informações sobre os hábitos de consumo dos ocupantes dos prédios do Laboratório de Engenharia Sanitária e Ambiental (LAESA) e da Escola de Música da UFPA (EMUFPA), tipo de aparelhos sanitários, dentre outras informações. O resultado para o LAESA indicou que 76% do consumo de água são destinados para fins não potáveis, como lavagem do prédio, descarga sanitária e mictórios, sendo 73% destinados apenas aos dispositivos sanitários. No EMUFPA, o consumo não potável representa 69%, sendo 52% destinados aos usos do vaso sanitário e mictórios. O software Netuno apresentou como volume ótimo do reservatório 10.000 L para o LAESA e 8.000 L para o EMUFPA, com potencial médio de economia de água potável no período chuvoso de 100% e 87,34%, respectivamente. Na EMUFPA, o sistema apresentou-se viável, com tempo de retorno do capital investido em 10 anos, com uma taxa interna de retorno de 1,08% ao mês. No LAESA, considerando o abastecimento da ETA, não houve retorno financeiro dentro do horizonte analisado. Na simulação hipotética considerando que o LAESA fosse abastecido pela COSANPA, o tempo de retorno do capital investido seria de 6 anos e 4. A taxa interna de retorno seria de 1,80% ao mês. A partir da análise qualitativa, conclui-se que utilizar a água da chuva em prédios públicos que não subsidiam água das concessionárias, há retorno financeiro, tendo em vista que a água fornecida para a categoria pública se apresenta onerosa. Isso demonstra a importância dos prédios públicos se adequarem aos critérios de sustentabilidade de forma a economizar nos gastos públicos, uma vez que, o desperdício de água em edificações públicas apresenta-se muito elevado, devido, principalmente, aos usuários não pagarem diretamente pelo uso da água. Ademais, é importante que as entidades públicas e privadas incorporem dentro de sua gestão, o conceito de segurança hídrica, que estabelece a busca de garantias para a disponibilidade hídrica nos diversos usos e aproveitar a água da chuva é uma maneira sustentável de diminuir a pressão do uso da água proveniente dos mananciais e aquíferos.