Pareamento bacia-lagoa usando modelagem hidrológica-hidrodinâmica e sensoriamento remoto

A gestão de recursos hídricos tornou-se cada vez mais complexa devido ao rápido crescimento sócio-econômico e as mudanças ambientais nas bacias hidrográficas nas últimas décadas. Modelos computacionais são importantes ferramentas de suporte na gestão de recursos hídricos e tomada de decisões devido a sua funcionalidade, provendo informações importantes sobre os principais processos físicos, químicos e biológicos, e permitindo melhorar o entendimento desses processos, os quais ocorrem em diferentes escalas espaciais e temporais. Na presente tese, o objetivo foi compreender o funcionamento hidrológico do sistema integrado bacia hidrográfica - lagoa, e os efeitos na hidrodinâmica do lago, utilizando como suporte o acoplamento da modelagem hidrológica - hidrodinâmica, e o uso de técnicas de sensoriamento remoto para o monitoramento de parâmetros de qualidade da água (e.g., clorofilaa, temperatura da superfície d’água e níveis da água). A área de estudo é a bacia hidrográfica da Lagoa Mirim, localizada no sul do Brasil, possuindo uma área total de 58.000 km2 (56% no Uruguai e o restante no Brasil). Foram propostos e testados modelos empíricos para estimativa de clorofila-a emumlago raso subtropical, baseados em imagens do sensor MODIS e técnicas estatísticas. Além disso, foi desenvolvido e avaliado o acoplamento da modelagem hidrológica-hidrodinâmica de grande escala e o sensoriamento remoto. O modelo hidrológico distribuído de grande escala MGBIPH acoplado com o modelo hidrodinâmico IPH-ECO foi utilizado para simular a bacia hidrográfica e os principais componentes hidrodinâmicos da Lagoa Mirim. O modelo mostrou bom desempenho quando comparado com observações de vazões, além de dados provenientes de sensoriamento remoto, através de altimetria espacial. As simulações mostraram importantes aspectos sobre a estrutura de fluxo, campos de velocidade e níveis d’água na lagoa, assim como a influência de grandes rios, forçantes externas como o vento (intensidade e direção) e o impacto do estressor antrópico (retiradas para irrigação) no sistema. As simulações permitiram avaliar aspectos relacionados com as variações espaciais e temporais (diurna, mensal, sazonal e inter-anual) da temperatura da superfície da água, a dinâmica dos fluxos de calor (sensível e latente) e os efeitos de eventos meteorológicos de pequena escala como frentes frias, os quais têm um impacto significativo sobre a temperatura superficial da água e os fluxos de calor na lagoa. Quanto aos modelos empíricos para estimativa de clorofila-a a partir do MODIS, os resultados mostram que um simples e eficiente modelo desenvolvido a partir de análise de regressão múltipla, apresentou ligeiras vantagens sobre os modelos de redes neurais artificiais, modelos multiplicativos não paramétricos e modelos empíricos (e.g., Appel, Kahru, FAI e O14a) usualmente utilizados na estimativa de Chl-a em ambientes aquáticos. Resultados também indicam que é inapropriado generalizar um único modelo desenvolvido a partir do conjunto total de dados, para estimar concentrações de Chl-a na lagoa, o que corrobora a heterogeneidade espacial na distribuição de Chl-a e as diferenças entre regiões (litoral e pelágica). A modelagem hidrológica-hidrodinâmica de grande escala apoiada por informação de sensoriamento remoto, mostrou ser uma abordagem promissora para o entendimento da estrutura e funcionamento de lagoas rasas de grande porte e longo prazo, úteis para a gestão integrada dos recursos hídricos.The last decade, the water resource management is being complex due to the rapid socioeconomic development and environmental changes in river basins. Computations models are important support tools in water resource management and make decision providing important information and allowing a better comprehension of the physical, chemical and biologic processes, which occur in di erent temporal/spatial scales. In this thesis, the objective was to understand the hydrological functioning of the integrated basin- lake system and its e ects on hydrodynamics, using hydrodynamic - hydrodynamic modeling and water quality monitoring (e.g., chlorophyll-a, water surface temperature and water levels) from remote sensing techniques. The study area is the Lake Mirim basin, located between Brazil and Uruguay (basin total area 58.000 km2). Empirical models were proposed and tested to chlorophyll-a estimation in a shallow subtropical lake, based on MODIS imagery and statistics techniques. In addition, we developed and assessed the coupling of large scale hydrological/hydrodynamic modeling and remote sensing techniques. The large-scale distributed hydrological model MGB-IPH coupled with the hydrodynamic model IPHECO were used to simulate the river basin and the hydrodynamic components of the Lake Mirim. The coupled model showed good performance when compared to in-situ measurements and satellite altimetry data. The simulations showed important aspects relate to flow structure, velocity fields and lake water levels, as well as the influence of large rivers, external forcing as such the wind (intensity and direction), and the impact of anthropogenic stressors (irrigation withdrawals) in the system. The simulations allowed assessing the spatial and temporal variations (diurnal, monthly, seasonal and inter-annual) in the water surface temperature, heat fluxes dynamics (sensible and latent) and the e ects of short time-scale events, as such cold fronts passages over the lake, which cause strong impacts on the water surface temperature and heat fluxes in the lake. Regarding the empirical models developed to chlorophyll-a estimation from MODIS imagery, the results showed that a simple and e cient model developed from multiple regression analysis, performed best in comparison with artificial neural network models, non-parametric multiplicative models, and empirical models (e.g., Appel, Kahru, FAI and O14a) common used in the Chl-a estimation in aquatics environments. Results also indicated that is inappropriate to generalize a single model developed from the total datasets to estimates Chl-a in the lake, which corroborates the spatial heterogeneity (Chl-a distribution) and the di erences among regions (littoral and pelagic). The synergy between large-scale hydrological-hydrodynamic modeling, in situ measurements and remote sensing techniques provided a promising approach to improve the comprehension of the structure and ecosystem functioning of large shallow lakes in long-term time scale, useful to water resources management

Modelagem hidrodinâmica e de qualidade da água em um ecossistema estuarino urbano com incidência da maré e descarga de esgoto

The effect of the tidal regime and sewage discharge on estuarine areas can cause pollution problems, due to the retention and transport of pollutants. The use of mathematical models has become an essential tool for the water resources management in these environments. In this paper, the incidence of tidal regime and sewage discharge on the water quality of an urban estuarine ecosystem was modeled using the HEC-RAS model. The model was calibrated / validated using the medium long-term streamflow (QMLT) and water quality parameters measured in field, such as: BOD, DO, N-O2 N-O3. The results showed that the water level, streamflow and the water quality parameters measured in field were well represented from the model. The simulations showed that the water quality for all the sections downstream of the Wastewater Treatment Plant are eutrophied. Additionally, the tidal regime causes retention and transport of pollutants in areas of low slope. The proposed approach is a valuable tool for assessing the water quality in urban estuarine environments and surrounding areas with incidence of tidal regime.El efecto del régimen de mareas y la descarga directa de aguas residuales en áreas estuarinas pueden incrementar los problemas de contaminación debido a la retención y transporte de cargas contaminantes. El uso de modelos matemáticos se ha convertido en una herramienta esencial para la gestión del recurso hídrico en estos ambientes. En esta investigación se modeló la incidencia del régimen de mareas y los vertimientos de aguas residuales en la calidad de agua en un ambiente estuarino urbano utilizando el modelo HEC-RAS. El modelo fue calibrado/validado utilizando el caudal medio de largo periodo (QMLT) y parámetros de calidad de agua medidos en campo, tales como: DBO, OD, N-O2 y N-O3. Los resultados evidenciaron que los niveles de agua, caudales y parámetros de calidad de agua medidos en campo fueron bien representados por el modelo. Las simulaciones mostraron que la calidad del agua en todos los trechos aguas abajo de la PTAR se encuentran eutrofizados. Adicionalmente, el régimen de marea provoca retención y transporte de contaminantes en áreas de baja pendiente.  El abordaje propuesto se constituye en una valiosa herramienta para evaluar la calidad de agua en ambientes estuarinos urbanos y áreas circundantes con incidencia de régimen maregráfico. O efeito do regime de marés e a descarga directa de esgoto em zonas estuarinas pode aumentar os problemas de poluição devido à retenção e transporte de cargas poluentes. A utilização de modelos matemáticos tornou-se uma ferramenta essencial para a gestão dos recursos hídricos nestes ambientes. Nesta investigação, a incidência do regime de marés e descargas de esgoto na qualidade da água em um ambiente estuarino urbano foi simulada utilizando o modelo HEC-RAS. O modelo foi calibrado/validado utilizando o caudal médio de longo período (QMLT) e parâmetros de qualidade da água medidos no campo, tais como DBO, OD, N-O2 e N-O3. Os resultados mostraram que os níveis da água, vazões e parâmetros de qualidade da água medidos no campo foram bem representados no modelo. As simulações mostraram que a qualidade da água em todos os trechos a jusante da ETE estão eutrofizados. Além disso, o regime de maré causa retenção e transporte de poluentes em áreas de baixa declividade.  A abordagem proposta é uma ferramenta valiosa para avaliar a qualidade da água em ambientes estuarinos urbanos e áreas circundantes com incidência de regime de marés.&nbsp

Optimización en operaciones en divisas bajo normas antievasivas contenidas en la ley 1607 de 2012

A través de esta investigación se pretenden analizar las posibilidades de optimización cambiaria a través de la realización de operaciones en divisas y las implicaciones que ello conlleva la más reciente reforma tributaria contenida en la Ley 1607 de 2013, específicamente en los referente a las normas antievasión. Así las cosas, este trabajo tiene como objetivo principal, analizar las alternativas más óptimas para que un residente realice operaciones en el mercado de divisas, dentro del marco de las normas de antievasión que trajo el artículo 122 del Ley 1607 de 2013 (Reforma Tributaria).The objective of this research is to analyze the existing possibilities that may help to optimize operations through the implementation of foreign exchange operations and it will also analyze the implications that araises from the most recent tax reform contained in Law 1607 of 2013, specifically with regard to the tax anti - evasion dispositions. The main objective of this document is to analyze the best alternatives suited for a resident to perform operations on the foreign exchange market, within the framework of the tax anti - evasion law that was established under article 122 of the Act 1607 of 2013 (Tax Reform).Especialista en Derecho TributarioEspecializació

Ley de justicia o impunidad: La desmovilización de los Paramilitares

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Integral analysis of environmental and economic performance of combined agricultural intensification & bioenergy production in the Orinoquia region

Agricultural intensification is a key strategy to help meet increasing demand for food and bioenergy. It has the potential to reduce direct and indirect land use change (LUC) and associated environmental impacts while contributing to a favorable economic performance of the agriculture sector. We conduct an integral analysis of environmental and economic impacts of LUC from projected agricultural intensification and bioenergy production in the Orinoquia region in 2030. We compare three agricultural intensification scenarios (low, medium, high) and a reference scenario, which assumes a business-as-usual development of agricultural production. The results show that with current inefficient management or with only very little intensification between 26% and 93% of the existing natural vegetation areas will be converted to agricultural land to meet increasing food demand. This results in the loss of biodiversity by 53% and increased water consumption by 111%. In the medium and high scenarios, the intensification allows meeting increased food demand within current agricultural lands and even generating surplus land which can be used to produce bioenergy crops. This results in the reduction of biodiversity loss by 8-13% with medium and high levels of intensification compared to the situation in 2018. Also, a positive economic performance is observed, stemming primarily from intensification of cattle production and additional energy crop production. Despite increasing irrigation efficiency in more intensive production systems, the water demand for perennial crops and cattle production over the dry season increases significantly, thus sustainable management practices that target efficient water use are needed. Agricultural productivity improvements, particularly for cattle production, are crucial for reducing the pressure on natural areas from increasing demand for both food products and bioenergy. This implies targeted investments in the agricultural sector and integrated planning of land use. Our results showed that production intensification in the Orinoquia region is a mechanism that could reduce the pressure on natural land and its associated environmental and economic impacts

Comparison of methods to estimate lake-surface-water temperature using Landsat 7 ETM+ and MODIS imagery : case study of a large shallow subtropical lake in southern Brazil

Water temperature regulates many processes in lakes; therefore, evaluating it is essential to understand its ecological status and functioning, and to comprehend the impact of climate change. Although few studies assessed the accuracy of individual sensors in estimating lake-surface-water temperature (LSWT), comparative analysis considering different sensors is still needed. This study evaluated the performance of two thermal sensors, MODIS and Landsat 7 ETM+, and used Landsat methods to estimate the SWT of a large subtropical lake. MODIS products MOD11 LST and MOD28 SST were used for comparison. For the Landsat images, the radiative transfer equation (RTE), using NASA’s Atmospheric Correction Parameter Calculator (AtmCorr) parameters, was compared with the single-channel algorithm in different approaches. Our results showed that MOD11 obtained the highest accuracy (RMSE of 1.05 C), and is the recommended product for LSWT studies. For Landsat-derived SWT, AtmCorr obtained the highest accuracy (RMSE of 1.07 C) and is the recommended method for small lakes. Sensitivity analysis showed that Landsat-derived LSWT using the RTE is very sensitive to atmospheric parameters and emissivity. A discussion of the main error sources was conducted. We recommend that similar tests be applied for Landsat imagery on different lakes, further studies on algorithms to correct the cool-skin effect in inland waters, and tests of different emissivity values to verify if it can compensate for this effect, in an effort to improve the accuracy of these estimates