Assessment of the impact of residential urban patterns of different hillslopes on urban drainage systems and ecosystem services in the Federal District, Brazil

In Brazil, stormwater management systems are usually deficient and very commonly implemented after the urban areas have settled. In Brasilia, the Federal capital of Brazil, this problem is aggravated due to the fact that the rainy and dry seasons are very well defined, thereby increasing the importance of groundwater recharge as an ecosystem service. This research aims to evaluate the impact of urban structure types and topographies in stormwater management and three ecosystem services: groundwater recharge, flooding, and water quality. The urban patterns studied included mixed residential areas with two block positions (orthogonal and parallel to the topography) and a single-family house with low density. The studied landforms include a divergent-convergent surface and a flat hillslope with high slope taxa—strictly convergent and strictly divergent surfaces, respectively. The arrangement of landforms has an impact on runoff generation, with an average of 9% during peak flow, and an infiltration capacity, on average, 3% higher in the divergent-convergent surface. The greatest impact of the topography on stormwater management is considered based on the direct cost of the drainage system, which is 44% higher in the flat hillslope. Low impact development (LIDs) devices helped to improve ecosystem service provisions and even presented efficiency that almost achieved that of the predevelopment conditions in the evaluated scenarios. Seeking the urban patterns that best suit given environmental conditions is one of the approaches studied in this paper

Poluição difusa na Bacia do Lago Paranoá

Tese (doutorado) — Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, Pós-Graduação em Tecnologia Ambiental e Recursos Hídricos, 2022.A caracterização da poluição difusa de uma bacia refere-se à medição adequada da qualidade da água (QA) do escoamento superficial, em conjunto com dados hidrológicos de chuva e vazão. O planejamento do monitoramento experimental é uma das grandes questões para avaliação deste tipo de poluição (KOZAK, 2020). O objetivo desta tese é avaliar métodos e técnicas que conduzam à identificação dos processos de geração da poluição difusa nas bacias de drenagem por meio do monitoramento em um único local, o exutório das áreas de contribuição. Foi adotada essa estratégia de monitoramento em três bacias urbanas no Distrito Federal, C.O., RFI e VP, escolhidas devido às características do uso de ocupação do solo, realizando-se o monitoramento hidrológico (pluviometria e fluviometria) e de QA nessas áreas de estudo. Com essa aquisição de dados, foi possível a análise da poluição difusa com polutogramas, a determinação da CME, first flush, análises estatísticas da região do VP; a modelagem hidráulicahidrológica para análise quantitativa com o uso do SWMM (chuva-vazão e implementação de medidas compensatórias) na região do RF I; comparação dos dados de poluição difusa das três áreas de estudo, com ênfase nas questões de uso e ocupação e solo; e, por fim, a modelagem de qualidade da água com o uso do modelo Carga Unitária (simulação de polutograma). O SWMM precisou ser calibrado para melhor simulação do escoamento superficial do RF I, parâmetros como o CN que precisam ser adaptados à realidade do cerrado, porém a modelagem ainda ficou prejudicada devido a problemas no monitoramento de grandes vazões. A análise da QA no VP permitiu a identificação das principais fontes de poluição que corresponde aos lançamentos de esgoto (constatado durante o período de seca) e a urbanização, por meio de poluentes como nutrientes (nitrogênio e fosforo) e sólidos e matéria orgânica, respectivamente. O modelo Carga Unitária pode ser considerado uma boa ferramenta para estimativa de polutogramas durante eventos longos, a fim de otimizar os recursos de monitoramento. Entretanto, para a previsão de geração de poluição difusa, mostrou-se deficiente devido às diversas interações entre os processos de acumulação e lavagem de poluentes ao longo da bacia. Esta tese permitiu compreender que o monitoramento para estudos de poluição difusa no exutório da bacia é adequado para os estudos da poluição difusa advinda da interação das águas pluviais e o uso e ocupação do solo da bacia. O lançamento de esgotos domésticos e a intensa urbanização com a refletiram diretamente na QA dos corpos hídricos das bacias estudadas, sendo a utilização de modelos calibrado com o SWMM necessário para o dimensionamento de medidas compensatórias para a redução do aporte deste tipo de cargas nos corpos hídricos receptores.The characterization of diffuse pollution in a catchment refers to the proper measurement of runoff water quality (WQ) along with hydrological data of rainfall and flow. Planning experimental monitoring is one of the major issues for evaluating this type of pollution (KOZAK, 2020). The objective of this dissertation is to evaluate methods and techniques that lead to the identification of the generation processes of diffuse pollution in drainage catchments through monitoring in a single location, the outflow of the contribution area. This monitoring strategy was adopted in three urban catchments in the Federal District, C.O, RF I and VP, chosen due to the characteristics of land use, carrying out hydrological monitoring (pluviometry and fluviometry) and water quality monitoring in these areas. With this data acquisition, it was possible to analyze the diffuse pollution with pollutograms, the determination of EMC and first flush, statistical analysis of the VP region; the hydraulic-hydrological modeling for quantitative analysis using SWMM (rainfall-discharge and implementation of mitigation practices) in the RF I region; comparison of the diffuse pollution data of the three study areas, with emphasis on land use and occupation issues, and finally the water quality modeling using the Unit Load model (pollutogram simulation). SWMM adequately simulated the runoff from RF I after calibration, however the modeling was still impaired due to problems in monitoring large flows. The analysis of WQ in the VP allowed the identification of sewage discharges (found during the drought period) and the most critical pollutants related to diffuse pollution, which are solids and organic matter. The Unit Load model can be considered a suitable tool for estimating pollutograms during long events in order to optimize monitoring resources. However, for the prediction of diffuse pollution generation, it proved to be deficient due to the diverse interaction of the pollutant build up and wash off processes along the catchment. This thesis made it possible to understand that monitoring for studies on diffuse pollution carried out in the outfall is adequate for the stormwater management in the catchment, as it is concise and efficient, and allowed the identification of the influence of land use and occupation processes, such as domestic sewage discharge, construction works and availability of adequate sanitary infrastructure, supporting the proposition of urban solutions for the reduction of this type of loads in the receiving water bodies

Processos ecológicos em zonas ripárias : o efeito da integridade da vegetação ripária sobre as comunidades aquáticas em riachos de cabeceira

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Instituto de Ciências Biológicas, Programa de Pós-Graduação em Ecologia, 2013.Apesar da elevada biodiversidade encontrada no Cerrado brasileiro, o crescimento populacional e a atividade humana têm afetado diretamente os ambientes naturais, sobretudo os cursos d’água. Uma das principais dificuldades encontradas em frear esse processo de degradação é a falta de conhecimento de como os mecanismos naturais que operam esses sistemas, tais como a dinâmica de matéria orgânica e energia e as ligações tróficas entre o ecossistema terrestre e aquático, são afetados pela degradação. Por isso, reconhecer que efeitos da degradação, tanto para o ecossistema em si como para a biota, torna-se fundamental e está entre as principais questões em ecologia do século XXI. Nesse sentido, a modelagem qualitativa e o estudo de campo se mostraram complementares na obtenção de respostas quanto à esses efeitos. Os modelos proporcionaram a possibilidade de explorar de maneira heurística diferentes cenários e avaliar os efeitos da interferência humana nos ecossistemas. Enquanto isso, as observações obtidas em campo possibilitaram discutir como a integridade da vegetação ripária atua na seleção da biota em riachos de cabeceira, interferindo nos padrões de composição, estrutura e dieta da assembléia de peixes. Os resultados mostraram que a perda da vegetação, ou redução da integridade da zona ripária, tem efeito principalmente na composição de espécies, porém não alterando a composição da cadeia trófica das comunidades. As evidências obtidas são claras ao demonstrar que ambientes perturbados pela retirada da vegetação são permissivos ao estabelecimento de espécies oportunistas em função da redução de espécies mais sensíveis, devido sobretudo a dependência das espécies ao recurso alóctone. O impacto na vegetação ripária afetou a dieta das espécies, com maior proporção de itens alóctones consumidos por peixes em trechos impactados e menor nos riachos naturais. Os mesmos padrões tróficos funcionais foram observados nos modelos, que ainda mostraram que possíveis alternâncias nas condições tróficas podem ser observadas em riachos naturais sazonalmente devido a variações nos fluxos de energia e matéria. Os resultados contribuíram ainda para indicar potenciais relações ecológicas em riachos de cabeceira e demonstram o potencial do uso de modelos qualitativos como ferramenta para investigar os efeitos da atividade humana sobre os processos ecológicos e a biota

The long journey to become \u27the river of national unity\u27: The Sao Francisco river basin from 1940s to 2008 and the interactions of environment, government and local citizens

In its 2,700 kilometers north and then eastern journey to the Atlantic Ocean, the Sao Francisco River of Brazil drains eight percent of the nation\u27s territory. The watershed is three and a half times the size of New England. This research investigates the impacts of the federal water resource management, or lack of it, on the riverine environment and on the life of the people who locally have depended on the ecosystem\u27s services of the river during the 1940s--2008 timeframe. A new legal instrument, the 1997 Water Policy, introduced a novel form of management regarding public participation, policy goals and ways of achieving them. The new policy mandates participation of multiple stakeholders\u27 groups in the governance of the water resources of Brazil bounded by natural over political jurisdictions. Nevertheless, the participation of the Sao Francisco River Basin Committee in the final outcomes of the management of the water body is still limited. This doctoral dissertation applied the Policy Sciences Analytic Framework, a tool for policy investigations, to map the problem and the decision and social processes. Ecological Sustainability and Ecosystem Approach are the theoretical components and criteria of analysis. This multi-method study is based upon qualitative field-based empirical and library research, a critical assessment of secondary literature, interviews and field observations. In the Sao Francisco River Basin, environmental and social costs have risen as development increased. The uses of the river have shifted from the local in the pre-1950s to the regional and international in the post-1950s era. The intensive employment of the water body for entrepreneurial purposes like hydro-businesses is rising. The 1997 Water Policy has not yet reversed the unsustainable ecological trend of the river system, which shows various indicators of stress. This dissertation written as a case study presents results based upon seven municipalities of the basin (Pirapora, Bom Jesus da Lapa, Juazeiro, Petrolina, Penedo, Santana do Sao Francisco and Brejo Grande)

SBE16 Brazil & Portugal - Sustainable Urban Communities towards a Nearly Zero Impact Built Environment

Vol. IThe organizers of SBE 16 Brazil & Portugal were challenged to promote discussions and the development of solutions for an important and, at the same time, very ambitious topic ? Sustainable Urban Communities towards a Nearly Zero Impact Built Environment. This is the main focus of the international conference SBE16 Brazil & Portugal; the only event of the SBE16/17 conference series being held in Latin America, more precisely, in Vitória (Espírito Santo), Brazil, from the 7th until the 9th of September 2016. The conference offered a unique opportunity to bring together researchers from all over the world to share evidence-based knowledge in the field and succeeded to achieve its goals since many contributions from various parts of the planet were received, addressing a tiny part of the problem or trying to perform the difficult task of making the sum of the parts a coherent whole.info:eu-repo/semantics/publishedVersio

Trend prey predator model - Analysis of gause model

Any application of PP (Prey - Predator) models based on nonlinear differential equations requires identification of numerical values of all constants. This is often a problem because of severe information shortages. Many PP models are numerically sensitive and/or chaotic. Moreover, complex PP tasks are based on integration of differential equations with (partially) unknown numerical values of relevant constants and vague heuristics, e.g. vaguely described capture rate. These are the main reasons why PP numerical simulations cannot identify all important/relevant features, e.g. attractors. Trend models use just three values namely positive (increasing), zero (constant), negative (decreasing). A multiplication of a trend variable X by a positive constant a is irrelevant, it means that aX = ( + )X= X. This obvious equation is used to eliminate all positive multiplicative constants a from PP mathematical models. A solution of a trend model is represented by a set of scenarios and a set of time transitions among these scenarios. A trend analogy of a quantitative phase portrait is represented by a discrete and finite set of scenarios and transitions. A trend version of the well-known Gause PP model is studied in details. The provably complete set of 41 scenarios and 168 time transitions among them are given. (C) 2019 The Authors. Published by Elsevier B.V

SBE16 Brazil & Portugal - Sustainable Urban Communities towards a Nearly Zero Impact Built Environment

Vol. IThe organizers of SBE 16 Brazil & Portugal were challenged to promote discussions and the development of solutions for an important and, at the same time, very ambitious topic ? Sustainable Urban Communities towards a Nearly Zero Impact Built Environment. This is the main focus of the international conference SBE16 Brazil & Portugal; the only event of the SBE16/17 conference series being held in Latin America, more precisely, in Vitória (Espírito Santo), Brazil, from the 7th until the 9th of September 2016. The conference offered a unique opportunity to bring together researchers from all over the world to share evidence-based knowledge in the field and succeeded to achieve its goals since many contributions from various parts of the planet were received, addressing a tiny part of the problem or trying to perform the difficult task of making the sum of the parts a coherent whole.info:eu-repo/semantics/publishedVersio

Aplicação do sistema de indicadores de sustentabilidade força motriz-pressão-estado-impacto-resposta (FPEIR) para a gestão de recursos hídricos em João Pessoa-PB.

Nesse estudo objetivou-se identificar a sustentabilidade da utilização dos recursos hídricos para João Pessoa, capital do Estado da Paraíba e localizada na Bacia Hidrográfica do rio Paraíba. Foram identificadas as principais forças motrizes, pressões, estado do meio ambiente e impacto sobre os recursos hídricos exercidos por essa cidade nas bacias em que ela está inserida, bem como as referidas medidas de respostas existentes e potenciais. A pesquisa utilizou-se do Sistema de Indicadores de Sustentabilidade Força Motriz-Pressão-Estado-Impacto-Resposta (FPEIR) para alcançar os seus objetivos. Após a montagem do modelo, foram selecionados 26 indicadores para representar a sustentabilidade das bacias, e alguns dos quais foram analisados em conjunto. Esses indicadores ajudaram a analisar a disponibilidade e a qualidade das águas superficiais e subterrâneas da região estudada. A aplicação do modelo FPEIR mostrou que os mananciais das duas bacias que abastecem João Pessoa não estão sendo geridos sustentavelmente. Os resultados mostram que a população de João Pessoa exerce notável pressão sobre os recursos hídricos das bacias em estudo em ambos os aspectos: qualitativo e quantitativo. Evidencia-se, ainda, a necessidade de serem realizadas avaliações frequentes das condições de sustentabilidade das bacias hidrográficas envolvidas. Para isso, é necessário a atualização periódica dos dados referente às bacias, desenvolvendo estudos que possam auxiliar no planejamento integrado.This study aimed to identify the sustainable use of the water resources to João Pessoa, the state capital of Paraíba, located in the basin of the river Paraíba. The main driving forces were identified, pressures, state of the environment and impact on the water resources held by this city in the basins in which it operates, as well as the measures of existing and potential responses. The research used the Sustainability Indicator System Driver-Pressure-State-Impact-Response (DPSIR) to achieve their goals. After fitting the model, were selected 26 indicators to represent the sustainability of basins and indicators 26 have been identified, some of which were analyzed together. These indicators helped to analyze the availability and quality of the surface and groundwater in the region studied. The application of DPSIR model showed that the sources of the two basins that supply Joao Pessoa are not being managed sustainably. The results show that the population of Joao Pessoa exerts considerable pressure on the water resources in the basins studied in both aspects: qualitative and quantitative. It is evident also need to be carried out frequent assessments of the conditions of sustainability of watersheds involved. This requires periodic updating of data related to basins, developing studies that can assist in the integrated planning.Cape