Calibração multi-objetivo do Tank Model utilizando diversos algoritmos genéticos e critérios de parada

Calibration of hydrologic models estimates parameter values that cannot be measured and enable the rainfall-runoff processes simulation. Multi-objective evolutionary algorithms can make the calibration faster and more efficient through an iterative process. However, the standard stopping criterion used to stop the iterative process is to reach a pre-defined number of iterations defined by the modeller. Alternatively, the Ticona stopping criterion is based on the minimum number of iterations required to achieve a determined number of non-dominated solutions in the Pareto front, resulting in a reduction of the computational time without losing performance during the calibration processes. We evaluated the Ticona stopping criterion in the Tank Model calibration. The calibration processes were performed using data from two river basins, with three genetic algorithms and two objective functions. The Ticona stopping criterion required a computational time 27.4% to 44.1% lower than using the standard stopping criterion and were obtaining similar results in simulated streamflow time series and similar values of the best set of parameters.A calibração de modelos hidrológicos estima os valores de parâmetros que não podem ser mensurados e permite a simulação dos processos chuva-vazão. Os algoritmos evolucionários multi-objetivos podem tornam a calibração mais rápida e eficiente por meio de processos iterativos. Contudo, o critério de parada padrão usado para encerrar o processo iterativo é baseado em um número de iterações pré-definido pelo usuário. Como alternativa, o critério de parada Ticona é baseado no número mínimo de iterações requerido para alcançar um determinado número de soluções não-dominadas na Frente de Pareto, resultando em um menor tempo computacional sem perda de desempenho durante a calibração. Neste estudo, foi avaliado o uso do critério de parada Ticona na calibração do Tank Model. A calibração foi realizada em duas bacias hidrográficas, usando três algoritmos genéticos e duas funções-objetivo. Os resultados indicaram um tempo computacional 27,4% a 44,1% menor quando utilizado o critério de parada Ticona em comparação com o critério de parada padrão, ao mesmo tempo que foram obtidos resultados similares quanto aos valores dos parâmetros calibrados e à série temporal de vazão simulada

Attributes and Magnitude of the Socio-Environmental Impacts in Environmental Impact Study and Environmental Impact Report (EIS/EIR) of two small Hydroelectric Power Plants

Both SHPs selected for this study SHP Cabuí (southeast of Minas Gerais state) and SHP Caiçara (northern Minas Gerais state) are located in low-income regions. This study aimed to evaluate the approach used to describe the socio-environmental impacts - through the analysis of attributes and magnitude of impacts - of these two projects and for this, consultations were carried out on the Environmental Impact Studies (EIS) presented by these SHPs, as well as the technical opinions available on the website of the agency responsible for environmental licensing (IBAMA). It was verified that the socio-environmental approaches of the SHPs differed in some aspects. PCH Cabuí, whose previous license was deferred, used more attributes to describe the socioeconomic impacts and the explanation of the impact assessment was more detailed and easy to understand, while the EIS of the Caiçara SHP (previous license rejected) was more succinct in its attributes for the description of the socioeconomic impacts, not adequately presenting the valuation and meaning of its impacts. There is also evidence of the need to improve public participation in both projects.

Fractal dimension and geomorphological analysis of brazilian watersheds

A caracterização fractal da rede de drenagem de uma bacia hidrográfica surge da necessidade de se compreender a ocorrência de fenômenos hidrológicos, considerando a influência de fatores geomorfológicos. Desta forma, características físicas e fractais de uma bacia hidrográfica integram elementos importantes para análise de seu comportamento hidrológico. Assim, o objetivo deste trabalho foi estimar a dimensão fractal de sub-bacias com diferentes características pelo método de Box-Counting (Contagem de Caixas). Além disso, verificou-se a relação existente entre dimensão fractal de cursos fluviais (df) e rede de drenagem (Df) e outras características da bacia hidrográfica, como comprimento do rio principal (L), área (A), perímetro (P), densidade da rede drenagem (Dd) e declividade média (Dméd) da bacia. A área de estudo foi um conjunto de 6 sub-bacias, dos rios Malacara, Leão, Pavão, Faxinalzinho, Arroio Josafaz, e Forno, que pertencem à bacia hidrográfica do rio Mampituba (RS/SC). Para isso foram analisados o fator de forma (F) e o coeficiente de compacidade (Kc) das sub-bacias e aplicado o método Box-Counting para calcular a dimensão fractal. Os valores de F encontrados foram menores que 0,50, sendo que os maiores valores foram para as sub-bacias do rio Faxinalzinho (F=0,27) e Leão (F=0,21) e o menor valor para a sub-bacia do Malacara (F=0,09). Os valores de Kc foram todos maiores que 1,50, indicando baixa tendência a enchentes. Diante dos valores de df e Df obtidos pelo método de Box-Counting, foi possível verificar que o método se mostrou satisfatório. Observou-se que existem correlações positivas significativas entre a dimensão fractal com os parâmetros largura média (B), A e P das bacias exploradas neste estudo. Nesse sentido, a análise da geometria fractal demonstrou ser uma metodologia viável, sendo uma ferramenta importante na avaliação geoThe fractal characterization of the catchment drainage network arises from the need to better understand how hydrological phenomena occurs, taking into account the influence of geomorphological factors. Thus, physical and fractal characteristics of a catchment integrate important elements to analyze its hydrological behavior. Thus, the objective of this work was to estimate the fractal dimension of 6 sub-catchments with different characteristics by the Box-Counting method and to verify the relationship between fractal dimension of river channels (df) and drainage network (Df) and other catchment characteristics such as main river length, area, perimeter, drainage density and catchment slope .The study area was a set of 6 sub-catchmentsof the Malacara, Leão, Pavão, Faxinalzinho, Arroio Josafaz, and Forno rivers, which belong to the Mampituba catchment (RS/SC). The form factor (F) and the compactness coefficient (Kc) of the catchments were analyzed and the Box-Counting method was applied to calculate the fractal dimension. The F values found were less than 0.50, and the highest values were for the Faxinalzinho (F = 0.27) and Leão (F = 0.21) catchment and the lowest value for the Malacara catchment (F = 0.09). The Kc values were all higher than 1.50, indicating a low tendency to flooding. Given the values of df and Df obtained by the Box-Counting method, it was possible to verify that this methos was satisfactory. It is observed that there are significant positive correlations between the fractal dimension with average basin width, area and perimeter of the catchments in this study. In this sense, the fractal geometry analysis proved to be a viable methodology, being an important tool in the geometric assessment of a catchment

Impactos e técnicas de recuperação de áreas degradadas por derramamentos de petróleo - estudo de caso no sul do Brasil

Oil spills can threaten the environmental quality of coastal ecosystems. The environmental impact of accidents of this type is significant and it is important to understand them in order to assess the magnitude of such accidents. In this way, the present work aimed to discuss some of the main environmental impacts that can be caused by accidents of oil spill in marine and terrestrial environments, besides presenting a review of cleaning processes for the recovery of these degraded areas. In addition, this study aimed to elaborate a Program for the Recovery of Degraded Areas (PRAD) aiming a work plan for a case study: oil leakage in the coastal region of the municipality of Tramandaí (RS). Thus, a description of the study area was carried out aiming the correct elaboration of a work plan for the recovery of the area. The plan was based on preliminary assessment, containment and removal of oil in the aquatic environment, cleaning of the coastal environment, waste management, destination of the recovered area, along with schedule and budgets. The information presented in this paper serves as a support for the elaboration of recovery programs for areas degraded by oil accidents.Derramamentos de óleo podem ameaçar a qualidade ambiental dos ecossistemas costeiros. O impactoambiental de acidentes desse tipo é significativo e é importante entendê-los para avaliar a magnitudedesses acidentes. Dessa forma, o presente trabalho teve como objetivo discutir alguns dos principaisimpactos ambientais que podem ser causados por acidentes de derramamento de óleo em ambientesmarinho e terrestre, além de apresentar uma revisão dos processos de limpeza para a recuperaçãodessas áreas degradadas. Além disso, este estudo teve como objetivo elaborar um Programa deRecuperação de Áreas Degradadas (PRAD), visando um plano de trabalho para um estudo de caso:vazamento de óleo na região costeira do município de Tramandaí (RS). Assim, foi realizada umadescrição da área de estudo visando a correta elaboração de um plano de trabalho para a recuperação da área. O plano baseou-se na avaliação preliminar, contenção e remoção de óleo no ambienteaquático, limpeza do ambiente costeiro, gerenciamento de resíduos, destino da área recuperada,juntamente com cronograma e orçamentos. As informações apresentadas neste artigo servem deapoio à elaboração de programas de recuperação de áreas degradadas por acidentes com petróleo

Predictive model for monitoring water turbidity in a subtropical lagoon using Sentinel-2A/B MSI images

ABSTRACT Ensuring prompt and effective water quality monitoring is increasingly important. Remote sensing has been shown to be an effective tool for simplifying and speeding up this process. The aim of this study is to develop an empirical model to map the spatial and temporal dynamics of turbidity in Mirim Lagoon, located in southern Brazil. To achieve this, Sentinel-2A/B MSI sensor data were combined with turbidity data collected in situ. The model was applied to monthly images (with cloud cover ≤ 20%) in 2019 and 2020 using the Google Earth Engine (GEE) platform. Mean turbidity values in the lagoon did not vary significantly, remaining between 30 and 75 NTU overall. However, there were differences in turbidity levels between the northern and southern regions of the lagoon in some months of the investigated years. By applying this methodology and analyzing the results, we were able to better understand the behavior of turbidity throughout the lagoon and gain insights into the quality of this important freshwater source

Empirical Modelling of Chlorophyll-a and Dissolved Oxygen combining remote sensing and in situ data in Mirim Lagoon, RS, Brazil

Water quality monitoring is a key activity for water resources environmental control. One of the main threats to inland waters is eutrophication, which occurs due to the pollution by excess of nutrients, causing algae outcrops in water bodies. Dissolved oxygen is another parameter of extreme importance for the maintenance of water quality, which is essential for the respiration of most aquatic organisms. In this context, satellite remote sensing has become an alternative data source to support the inland water studies, providing viable wats for continuous monitoring of water dynamic and composition. Thus, the objective of this work was to empirically model chlorophyll-a (Chl-a) and dissolved oxygen (DO) by combining MSI/Sentinel-2 sensor images with in situ data from Mirim Lagoon, located at the southern end of the State of Rio Grande do Sul, Brasil. The field data were collected at 15 points of the water body, concomitant with the passage of the Sentinel-2 satellite. The reflectance data from the MSI sensor bands were correlated with the field data in order to verify the significant correlations. Moreover, the Linear Spectral Mixture Model (LSMM) was applied in order to generate images in terms of the fractional abundance of existing parameters in the water at the date of the image. Therefore, it was necessary to locate endmembers in the images through the simplex technique, being these selected according to their spectral behaviour and location in the image: clear water, sand and suspended solids. Although the LSMM result was satisfactory, the fraction images did not correlate with the Chl-a field data, being discarded in the regression analysis to generate the model. The reflectance of band B2 and the relationship between bands B3/B2, B8/B4, B4/B8 and B3/B8 showed significant correlations with the field data, being used to generate the empirical model, obtaining a correlation coefficient (R) equal to 0.80. The developed empirical model allowed the spatial analysis of this parameter in the study area, verifying that there is a greater concentration in shallower regions of the lagoon. The high concentration of suspended solids was observed in the northern end of the Lagoon, mostly due to connection with the São Gonçalo Canal, while the Chl-a concentrations were low. Furthermore, the Chl-a and DO parameters showed an extremely strong correlation (R = 1.00), allowing the generation of a second empirical model using bands B2, B3/B2 and B4/B8, this time for the estimation of DO concentration that, even though it is not an Optically Active Component, it was possible to be mapped due to the high correlation, demonstrating the potential of the use of remote sensing tools for water quality studies.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPESO monitoramento da qualidade da água é uma atividade essencial para o controle ambiental dos recursos hídricos. Umas das principais ameaças às águas interiores é a eutrofização, que ocorre devido à poluição pelo excesso de nutrientes, causando o afloramento de algas no corpo hídrico. Outro parâmetro de extrema importância para a manutenção da qualidade das águas é o oxigênio dissolvido. Neste contexto, o sensoriamento remoto tem se tornado uma alternativa para auxiliar estudos dessas águas, devido à ampla faixa de imageamento e alta frequência de aquisição de dados, fornecendo subsídios para um monitoramento contínuo. Dessa forma, o objetivo deste trabalho foi modelar empiricamente a clorofila-a (Chl-a) e o oxigênio dissolvido (OD) combinando a reflectância de bandas de imagens do sensor MSI/Sentinel-2 com dados in situ na lagoa Mirim, RS, Brasil. Os dados de campo foram coletados em 15 pontos, concomitante com a passagem do satélite Sentinel-2. Os dados de reflectância das bandas do sensor MSI foram correlacionados com os dados de campo a fim de verificar as correlações significativas. Além disso, foi aplicado o Modelo Linear de Mistura Espectral (MLME) a fim de gerar imagens em termos de abundância fracional de parâmetros presentes na água na data da imagem. Dessa forma, foi necessário localizar endmembers nas imagens através da técnica simplex, sendo esses selecionados de acordo com seu comportamento espectral e localização na imagem: água clara, areia e sólidos em suspensão. Apesar do resultado do MLME ser satisfatório, as imagens-fração geradas não se correlacionaram com os dados de campo de Chl-a, sendo essas descartadas na análise de regressão para geração do modelo. A reflectância da banda B2 e a relação entre as bandas B3/B2, B8/B4, B4/B8 e B3/B8 apresentaram correlações significativas com os dados de campo, sendo essas utilizadas para a geração do modelo empírico, obtendo-se um coeficiente de correlação (R) igual a 0,80. A geração deste modelo empírico permitiu a espacialização desse parâmetro para a área estudada, verificando que existe uma maior concentração em regiões mais rasas da lagoa. Já em regiões em que há uma maior concentração de sólidos suspensos (extremo norte da Lagoa, onde ocorre a ligação com o Canal São Gonçalo), as concentrações de Chl-a foram baixas. Além disso, os parâmetros de Chl-a e OD apresentaram uma correlação extremamente forte (R=0,99), o que propiciou a geração de um segundo modelo empírico utilizando as bandas B2, B3/B2 e B4/B8, desta vez para a estimativa da concentração do OD que, mesmo não sendo um Componente Opticamente Ativo, foi possível ser mapeado, demonstrando o potencial do uso de ferramentas de sensoriamento remoto para os estudos de qualidade de água

Fractal dimension and geomorphological analysis of brazilian watersheds

A caracterização fractal da rede de drenagem de uma bacia hidrográfica surge da necessidade de se compreender a ocorrência de fenômenos hidrológicos, considerando a influência de fatores geomorfológicos. Desta forma, características físicas e fractais de uma bacia hidrográfica integram elementos importantes para análise de seu comportamento hidrológico. Assim, o objetivo deste trabalho foi estimar a dimensão fractal de sub-bacias com diferentes características pelo método de Box-Counting (Contagem de Caixas). Além disso, verificou-se a relação existente entre dimensão fractal de cursos fluviais (df) e rede de drenagem (Df) e outras características da bacia hidrográfica, como comprimento do rio principal (L), área (A), perímetro (P), densidade da rede drenagem (Dd) e declividade média (Dméd) da bacia. A área de estudo foi um conjunto de 6 sub-bacias, dos rios Malacara, Leão, Pavão, Faxinalzinho, Arroio Josafaz, e Forno, que pertencem à bacia hidrográfica do rio Mampituba (RS/SC). Para isso foram analisados o fator de forma (F) e o coeficiente de compacidade (Kc) das sub-bacias e aplicado o método Box-Counting para calcular a dimensão fractal. Os valores de F encontrados foram menores que 0,50, sendo que os maiores valores foram para as sub-bacias do rio Faxinalzinho (F=0,27) e Leão (F=0,21) e o menor valor para a sub-bacia do Malacara (F=0,09). Os valores de Kc foram todos maiores que 1,50, indicando baixa tendência a enchentes. Diante dos valores de df e Df obtidos pelo método de Box-Counting, foi possível verificar que o método se mostrou satisfatório. Observou-se que existem correlações positivas significativas entre a dimensão fractal com os parâmetros largura média (B), A e P das bacias exploradas neste estudo. Nesse sentido, a análise da geometria fractal demonstrou ser uma metodologia viável, sendo uma ferramenta importante na avaliação geoThe fractal characterization of the catchment drainage network arises from the need to better understand how hydrological phenomena occurs, taking into account the influence of geomorphological factors. Thus, physical and fractal characteristics of a catchment integrate important elements to analyze its hydrological behavior. Thus, the objective of this work was to estimate the fractal dimension of 6 sub-catchments with different characteristics by the Box-Counting method and to verify the relationship between fractal dimension of river channels (df) and drainage network (Df) and other catchment characteristics such as main river length, area, perimeter, drainage density and catchment slope .The study area was a set of 6 sub-catchmentsof the Malacara, Leão, Pavão, Faxinalzinho, Arroio Josafaz, and Forno rivers, which belong to the Mampituba catchment (RS/SC). The form factor (F) and the compactness coefficient (Kc) of the catchments were analyzed and the Box-Counting method was applied to calculate the fractal dimension. The F values found were less than 0.50, and the highest values were for the Faxinalzinho (F = 0.27) and Leão (F = 0.21) catchment and the lowest value for the Malacara catchment (F = 0.09). The Kc values were all higher than 1.50, indicating a low tendency to flooding. Given the values of df and Df obtained by the Box-Counting method, it was possible to verify that this methos was satisfactory. It is observed that there are significant positive correlations between the fractal dimension with average basin width, area and perimeter of the catchments in this study. In this sense, the fractal geometry analysis proved to be a viable methodology, being an important tool in the geometric assessment of a catchment

Selection of suitable areas for landfill installation in a Brazilian municipality through free software spatial analysis

Municipal solid waste (MSW) increasing generation is related to population growth and higher consumption patterns. MSW management is still considered an issue for Brazilian municipalities due to its high complexity, specificity and amount. Landfills are considered a suitable method for final disposal of solid waste, being the technique used in Brazil. Among numerous applications, Geographic Information Systems (GIS) have been widely applied to select sites for landfills implementation. To meet regulatory requirements, choosing a landfill site requires several studies that consume time and resources. The aim of this work was to identify, through the use of GIS, areas that met regulatory and normative standards to landfill installation in a medium sized Brazilian city. It was possible to select three appropriate areas for the location of a landfill in the studied municipality. Considering the need for municipalities to comply with legislation, which demands the elimination of waste disposal in dumps and controlled landfills, properly designed and localized landfills are essential to the Brazilian reality in terms of MSW integrated management. The GIS is evidenced as an effective tool, since it reduces the number of field surveys, optimizing time and reducing economic and human resources needs for the landfill project preparation phas