Doutorado em Tecnologias Ambientais

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TRABALHO Ações
Desenvolvimento e desempenho de Eichhornia crassipes visando a aplicação em soluções baseadas na natureza para o tratamento de água cinza doméstica
Curso Doutorado em Tecnologias Ambientais
Tipo Tese
Data 26/08/2025
Área ENGENHARIA SANITÁRIA
Orientador(es)
  • Paula Loureiro Paulo
Coorientador(es)
  • Fernando Jorge Correa Magalhaes Filho
Orientando(s)
  • Ana Claudia Wendling
Banca
  • Aline Paiva Moreira
  • Edinéia Lazarotto Formagini
  • Fernando Jorge Correa Magalhaes Filho
  • Hugo Henrique de Simone Souza
  • Karen Midori Takahashi
  • Paula Loureiro Paulo
  • PRISCILA GUENKA SCARCELLI
Resumo
Tecnologias Governamentais aplicadas a gestão pública no agronegócio
Curso Doutorado em Tecnologias Ambientais
Tipo Tese
Data 04/08/2025
Área ENGENHARIA SANITÁRIA
Orientador(es)
  • Antonio Conceicao Paranhos Filho
Coorientador(es)
    Orientando(s)
    • Allan Rios Bezerra
    Banca
    • Alisson Andre Ribeiro
    • Antonio Conceicao Paranhos Filho
    • Ariadne Barbosa Gonçalves
    • Cesar Claudio Caceres Encina
    • Fabio Verissimo Goncalves
    • Roberto Macedo Gamarra
    Resumo
    Agri-sanitation nexus: the potential of human urine-based fertilizer to enhance agriculture resilience and sustainable food systems
    Curso Doutorado em Tecnologias Ambientais
    Tipo Tese
    Data 28/07/2025
    Área ENGENHARIA SANITÁRIA
    Orientador(es)
    • Paula Loureiro Paulo
    Coorientador(es)
    • Maria Elisa Magri
    Orientando(s)
    • Aline Paiva Moreira
    Banca
    • Hugo Henrique de Simone Souza
    • Karen Midori Takahashi
    • Marcelo Antunes Nolasco
    • Marcio Pessoa Botto
    • Maria Elisa Magri
    • Paula Loureiro Paulo
    • Priscila de Morais Lima
    Resumo Esta tese investiga estratégias inovadoras para o saneamento sustentável e a recuperação de nutrientes por meio de uma avaliação integrada de sistemas descentralizados de saneamento e fertilizantes derivados da urina humana. O trabalho está estruturado em quatro capítulos interconectados, que se constroem sequencialmente para oferecer uma compreensão abrangente do Nexus agri-saneamento. O Capítulo 1 apresenta o contexto da pesquisa, define o problema e discute os desafios globais relacionados ao saneamento, com ênfase em áreas rurais de países de baixa e média renda. Destaca as limitações dos sistemas de esgoto centralizados e enfatiza a necessidade de abordagens descentralizadas e eficientes no uso de recursos, capazes de enfrentar simultaneamente questões de saúde pública, sustentabilidade ambiental e desenvolvimento rural. O Capítulo 2 explora o potencial de combinar urina humana desidratada com diferentes resíduos orgânicos, incluindo biochar, cinzas e concentrados biológicos, para produzir fertilizantes com equilíbrio nutricional adequado às principais culturas agrícolas, como feijão, mandioca, milho e cana-de-açúcar. Por meio de um modelo de mistura reversa, foram identificadas nove combinações viáveis, muitas das quais apresentam composição de macronutrientes comparável à de fertilizantes minerais convencionais e em conformidade com padrões de segurança. Essas misturas circulares demonstram a capacidade de transformar resíduos urbanos e rurais em insumos agrícolas valiosos, aumentando a produtividade das culturas e promovendo a segurança alimentar. O Capítulo 3 aplica o Processo Analítico Hierárquico (AHP), método de Análise Multicritério (MCA), para avaliar quatro cenários de saneamento em uma comunidade rural do Pantanal, integrando indicadores ambientais, econômicos e sociais. O Tanque de Evapotranspiração com armazenamento de urina masculina emergiu como a opção mais sustentável, combinando baixa necessidade de manutenção, acesso equitativo e elevado potencial de recuperação de nutrientes. A análise também revelou que as comunidades locais estão dispostas a adotar tecnologias de saneamento inovadoras quando estas oferecem benefícios concretos, como acesso à água limpa e oportunidades de desenvolvimento de habilidades. Por fim, o Capítulo 4 sintetiza os resultados e discute perspectivas futuras. Ao integrar a recuperação de nutrientes com o saneamento rural e a produtividade agrícola, esta tese apresenta um framework prático e escalável para a gestão circular de recursos. Os resultados evidenciam o potencial de fortalecer a agricultura sustentável, melhorar os meios de subsistência de pequenos produtores e contribuir para a segurança alimentar regional, ao mesmo tempo em que promovem a preservação ambiental. De forma geral, esta pesquisa oferece insights aplicáveis para tomadores de decisão interessados na implementação de soluções ecológicas de saneamento alinhadas aos Objetivos de Desenvolvimento Sustentável (ODS) da ONU.
    IDENTIFICAÇÃO DE EROSÕES EM CULTIVOS DE CANA-DE-AÇÚCAR UTILIZANDO INTELIGÊNCIA ARTIFICIAL.
    Curso Doutorado em Tecnologias Ambientais
    Tipo Tese
    Data 11/03/2025
    Área ENGENHARIA SANITÁRIA
    Orientador(es)
    • Jose Marcato Junior
    Coorientador(es)
    • Wesley Nunes Goncalves
    Orientando(s)
    • Henrique Lopes Siqueira
    Banca
    • Ana Paula Marques Ramos
    • Edson Takashi Matsubara
    • Jonathan de Andrade Silva
    • Jose Marcato Junior
    • Lucas Prado Osco
    • Paulo Tarso Sanches de Oliveira
    • Robson Soares Silva
    Resumo A erosão do solo representa um desafio crítico para a agricultura, impactando a
    produtividade e a sustentabilidade ambiental. Este estudo investiga a aplicação de
    modelos de inteligência artificial para a segmentação automática de feições erosivas em
    áreas de cultivo de cana-de-açúcar, utilizando imagens de drones. Foram avaliados três
    modelos de segmentação semântica (DeepLabV3+, InternImage e SegFormer) em
    diferentes resoluções (1024x1024, 512x512 e 256x256), analisando métricas como IoU,
    Precision, Recall e F1-Score. Os resultados demonstraram que o InternImage
    1024x1024 obteve o melhor desempenho, alcançando 67,61% de IoU e F1-Score de
    80,55%, com menor consumo de VRAM e maior capacidade de processamento. A
    análise qualitativa reforçou essas observações, indicando que modelos treinados em
    resoluções mais altas apresentam melhor acurácia. Conclui-se que a abordagem baseada
    em IA para a detecção de erosão é viável, escalável e eficaz, podendo ser aplicada em
    programas de monitoramento agrícola e conservação do solo.
    Informações geointegradas no planejamento e políticas públicas para cidades resilientes
    Curso Doutorado em Tecnologias Ambientais
    Tipo Tese
    Data 27/02/2025
    Área ENGENHARIA SANITÁRIA
    Orientador(es)
    • Antonio Conceicao Paranhos Filho
    Coorientador(es)
      Orientando(s)
      • JESSICA RABITO CHAVES
      Banca
      • Alisson Andre Ribeiro
      • Antonio Conceicao Paranhos Filho
      • Camila Amaro de Souza
      • Camila Aoki
      • Camila Leonardo Mioto
      • Cesar Claudio Caceres Encina
      • Fabio Verissimo Goncalves
      • Marco Antonio Diodato
      Resumo A expansão urbana altera a dinâmica ambiental e territorial, modificando a cobertura
      vegetal, os padrões térmicos e a infraestrutura urbana. Esta tese investiga a aplicação de
      tecnologias geoespaciais na análise da vegetação, projeção de cenários climáticos e
      suporte ao planejamento urbano sustentável. O primeiro capítulo apresenta uma análise
      bibliométrica e cienciométrica do Índice de Vegetação da Diferença Normalizada (NDVI
      – Normalized Difference Vegetation Index) e sua aplicação na gestão urbana,
      identificando lacunas na literatura e tendências de pesquisa. O segundo capítulo trata da
      extração e processamento de dados multitemporais, utilizando imagens de
      sensoriamento remoto para avaliar a cobertura vegetal em Campo Grande/MS entre
      1985 e 2020, quantificando transformações no uso do solo. O terceiro capítulo aborda a
      integração de indicadores urbanos e geotecnologias na formulação de estratégias
      territoriais para cidades resilientes, com análise multitemporal de NDVI, Índice de
      Construção da Diferença Normalizada (NDBI – Normalized Difference Built-up Index),
      Conectividade da Vegetação, Temperatura da Superfície Terrestre (LST – Land Surface
      Temperature), Ilha de Calor Urbana de Superfície (SUHI – Surface Urban Heat Island)
      e Índice de Variância do Campo Térmico Urbano (UTFVI – Urban Thermal Field
      Variance Index) entre 1985 e 2024.O quarto capítulo propõe estratégias de planejamento
      urbano para 2050, considerando conectividade da paisagem, gestão dos recursos
      hídricos e adaptação climática. A análise examina a expansão da mancha urbana e seus
      impactos sobre a drenagem, identificando a vulnerabilidade hídrica decorrente das
      mudanças no uso do solo. O quinto capítulo aplica modelagem preditiva para estimar a
      dinâmica térmica urbana até 2050, utilizando clusterização de dados (K-Means) e
      projeções de temperatura da superfície terrestre (LST). A comparação entre modelos
      preditivos aponta que o modelo VAR (Vector Auto Regression) apresentou maior
      precisão na estimativa da variabilidade térmica, superando Máquinas de Vetores de
      Suporte (SVM – Support Vector Machines) e redes neurais artificiais. Os resultados
      indicam aumento expressivo da temperatura nas áreas densamente urbanizadas, com
      impactos no consumo energético e na qualidade de vida. O estudo avalia estratégias de
      mitigação, como infraestrutura verde e corredores ecológicos, para reduzir os efeitos
      térmicos e fortalecer a resiliência climática. A pesquisa demonstra a viabilidade da
      análise do ambiente urbano por meio da identificação de transformações espaciais ao
      longo do tempo, associadas à cobertura vegetal e às áreas construídas. Os achados
      reforçam a necessidade de abordagens interdisciplinares na gestão territorial,
      evidenciando como a integração entre geotecnologias, modelagem preditiva e
      planejamento urbano pode subsidiar políticas públicas e otimizar a ocupação do solo em
      cenários de expansão urbana.
      Hydrodynamics of four moments in the life of a floodplain forest in compound channels
      Curso Doutorado em Tecnologias Ambientais
      Tipo Tese
      Data 26/02/2025
      Área ENGENHARIA SANITÁRIA
      Orientador(es)
      • Johannes Gerson Janzen
      Coorientador(es)
        Orientando(s)
        • Luiz Eduardo Domingos de Oliveira
        Banca
        • Carlo Gualtieri
        • Donatella Termini
        • Fabio Verissimo Goncalves
        • Fernando Jorge Correa Magalhaes Filho
        • Giacomo VICCIONE
        • Johannes Gerson Janzen
        • Jose Marcato Junior
        • Paulo Tarso Sanches de Oliveira
        Resumo A dinâmica dos canais compostos é de crítica importância para diversos campos, incluindo a gestão de inundações, a conservação ambiental e a engenharia hidráulica. Esta tese investiga a hidrodinâmica de canais compostos, com foco particular na interação entre a vegetação florestal de planícies aluviais e a dinâmica do fluxo. As planícies aluviais florestadas desempenham um papel crucial na biodiversidade e nos serviços ecossistêmicos; no entanto, sua sucessão natural e interação com processos hidráulicos representam desafios significativos para a gestão de riscos de inundação e navegabilidade. Além disso, avaliar a composição natural e a distribuição das florestas em planícies aluviais é essencial para compreender melhor a hidrodinâmica em condições mais próximas do natural. Este trabalho aborda esses desafios ao escalar uma floresta de planície aluvial real no Alto Reno e conduzir experimentos laboratoriais para examinar como a sucessão florestal, práticas de manejo e a intensidade das enchentes influenciam a hidrodinâmica de um canal composto.
        Dados de uma pesquisa de campo abrangente realizada na floresta de planície de inundação "Rastatter Rheinaue", no Alto Reno, no sudoeste da Alemanha, serviram como base para a escala das características da vegetação nos experimentos de laboratório. Os experimentos foram projetados para replicar as principais condições observadas em campo, com variações controladas na composição da vegetação, densidade e vazão. Quatro estágios da sucessão florestal secundária foram investigados (sem vegetação, inicial, secundária ou intermediária, e tardia), juntamente com o impacto de práticas de manejo, como a remoção seletiva de plantas. Além disso, o efeito da intensidade da inundação foi analisado em condições de escoamento intermediário e profundo. Foram coletadas medições de níveis de água, velocidades e dispersão de solutos para caracterizar a hidrodinâmica de um canal composto com vegetação natural da planície de inundação, correspondendo aos cenários mencionados (idades de sucessão e opções de manejo). Esses resultados fornecem insights sobre o risco de inundação, navegabilidade, modelagem hidráulica e trocas laterais de massa e momento.
        A distribuição heterogênea da vegetação introduziu efeitos locais de velocidade que desafiam as descrições convencionais dos perfis de velocidade médios em profundidade. Para resolver esta questão, foi desenvolvido um modelo que leva em consideração esses efeitos locais, incorporando as características da camada de mistura e atribuindo significado físico aos principais parâmetros de modelagem. Este modelo permitiu descrever a dinâmica do escoamento e a solução analítica de regiões de fluxo importantes, como a camada de mistura na transição entre a planície aluvial e o canal principal.
        Um dos principais objetivos desta pesquisa foi entender como a idade e a estrutura da floresta afetam a resistência hidráulica e a separação de escoamentos, fatores críticos para a gestão de riscos de inundação e garantia de navegabilidade. Os resultados indicam que o envelhecimento da floresta deve ser considerado na gestão de rios, pois impacta o risco de inundação a montante e provoca mudanças significativas na rugosidade hidráulica. Práticas de manejo, como a remoção de árvores jovens, podem alterar as características da floresta da planície de inundação, modificando, por exemplo, seu comportamento hidráulico de uma floresta de meia-idade para uma floresta madura. Esta pesquisa demonstra que essas opções de manejo impactam o risco de inundação a montante.
        Esta tese também examina as complexidades da camada de mistura formada na transição entre o canal principal e a planície aluvial, que é crucial para o transporte de sedimentos, troca de nutrientes e conectividade de habitats. A presença de vegetação aumentou a extensão da camada de mistura dentro da planície aluvial e ampliou a largura total da camada de mistura. Essas mudanças afetam as trocas transversais de massa e momento, com importantes implicações para o funcionamento dos ecossistemas, pois influenciam o movimento de solutos, matéria orgânica e organismos aquáticos através da seção transversal do canal. Além disso, o movimento dos solutos dissolvidos foi investigado, fornecendo insights sobre padrões de dispersão e desenvolvimento de nuvens de traçadores e sua relação com a presença de um fluxo médio transversal.
        Um modelo conceitual é introduzido para descrever as diferentes regiões de fluxo na transição de um canal composto sem planície de inundação florestada para uma planície de inundação florestada, que variam em termos de níveis de energia e fluxo médio. A caracterização desta região de transição em termos de desenvolvimento do escoamento e sua influência nas trocas laterais de massa e momento é demonstrada. Compreender essas zonas pode oferecer insights valiosos sobre os padrões de sedimentação e a disponibilidade de nutrientes, que, por sua vez, afetam o crescimento da floresta e o desenvolvimento de habitats heterogêneos.
        Em conclusão, esta tese avança na compreensão da hidrodinâmica de canais compostos com planícies de inundação florestadas, com implicações significativas tanto para a engenharia hidráulica quanto para a gestão ambiental. Ao destacar o papel da sucessão florestal na modelagem das características do escoamento, ela fornece insights valiosos para melhorar a mitigação de riscos de inundação, navegabilidade e resiliência dos ecossistemas em ambientes fluviais.

        Pontos chave:
        • Primeira pesquisa a acessar hidrodinamicamente a distribuição de vegetação natural na planície de inundação, assemelhando-se à composição da floresta de planície de inundação na seção do Alto Reno.
        • Destacam-se os efeitos do envelhecimento da floresta, manejo e intensidade da inundação na hidrodinâmica do rio e na proteção contra enchentes.
        • Um modelo foi desenvolvido para descrever o perfil lateral médio de velocidades sob a influência de efeitos locais causados pela vegetação.
        • Mostra-se que o fluxo médio transversal induzido pela floresta impacta as trocas laterais no fluxo de um canal composto com planícies de inundação vegetadas.
        • Pela primeira vez, foi demonstrado que a idade da floresta e o manejo afetam as trocas de massa e momento entre a planície de inundação e o canal principal.
        • Um modelo conceitual do escoamento em um canal composto com planície de inundação vegetada e suas consequências para a camada de mistura é proposto.
        Estimativa e previsão da propagação da seca nos biomas brasileiros
        Curso Doutorado em Tecnologias Ambientais
        Tipo Tese
        Data 25/02/2025
        Área ENGENHARIA SANITÁRIA
        Orientador(es)
        • Thiago Rangel Rodrigues
        Coorientador(es)
          Orientando(s)
          • Luiz Claudio Galvão do Valle Junior
          Banca
          • Bergson Guedes Bezerra
          • Gabriel Brito Costa
          • Jamil Alexandre Ayach Anache
          • LEONE FRANCISCO AMORIM CURADO
          • Paulo Tarso Sanches de Oliveira
          • Thiago Rangel Rodrigues
          • Widinei Alves Fernandes
          Resumo Por conta dos riscos que as secas trazem à segurança hídrica, alimentar e energética de uma determinada população, eventos extremos podem causar não só grandes prejuízos econômicos, mas também perda de vidas humanas e animais. Para países como o Brasil, onde a energia hidráulica é a principal matriz energética e o setor agrícola é a principal fonte de economia do país, secas mais severas podem causar infortúnios em diversas escalas, portanto, como forma de evitar grandes danos à qualidade de vida e a economia, entender o comportamento dos eventos de seca e conseguir prever futuros períodos de estiagem com acurácia se tornam estratégias valiosas. Uma das formas de contabilizar eventos de seca e suas respectivas intensidades é o uso de índices padronizados, que se utilizam de análise estatística de uma série temporal para gerar indicadores de períodos úmidos ou secos. O desafio está na obtenção de séries de dados de qualidade de variáveis meteorológicas e, principalmente no Brasil, hidrológicas, dificultando as estimativas de secas para gerar diagnósticos e prognósticos. Por conta da dificuldade da coleta de dados hidrológicos, o objetivo deste trabalho foi analisar as condições de seca nos biomas brasileiros através de dados hidrometeorológicos provenientes de uma série temporal entre 1980 e 2010 de dados medidos de 735 bacias distribuídas em todos os seis biomas brasileiros. Para caracterizar tais condições de seca, foram utilizados índices padronizados de seca meteorológica (SPI e SPEI) e hidrológica (SSI) considerando precipitação (P), evapotranspiração de referência (ETo) e vazão (Q), respectivamente, em diferentes escalas de tempo, variando entre 1, 3, 6, 12 e 24 meses. Os eventos de seca ao decorrer da série foram contabilizados, assim como foi realizada a análise de tendência das variáveis hidrometeorológicas e dos índices de seca. Além disso, foram testados modelos utilizando machine learning (ML) para facilitar a previsão de índices de seca hidrológica através de precipitação e evapotranspiração de referência, considerando um atraso entre os índices meteorológicos e o índice hidrológico avaliado através de correlação cruzada. Os métodos de ML utilizados foram support vector machine (SVM), gene expression. programming (GEP) e artificial neural networks (ANN). A análise de tendência das variáveis micrometeorológicas, de vazão e dos índices de seca indicou variações que levam ao aumento dos eventos de estiagem hidrológica e meteorológica em quantidade e intensidade ao decorrer da série histórica em grande parte do país, especialmente no Pantanal, Cerrado e Amazônia. No total de eventos de seca, nota-se um número maior de eventos detectados com SPI e SPEI do que os observados com SSI, notavelmente no Pampa e na Caatinga. Foi possível observar que no Pantanal há um atraso bem definido entre a seca meteorológica e hidrológica, porém na Amazônia e Cerrado os resultados indicam que há outros fatores além de P e ETo que influenciam nas estimativas de SSI. Dentre os modelos de ML utilizados, SVM e GEP apresentaram estimativas com menores erros do que os resultados gerados por ANN. De forma geral, os eventos de maior escala de tempo, como 12 e 24 meses, apresentaram estimativas com menores erros, todavia, no Pantanal, em todas as escalas de tempo os modelos de ML produziram resultados satisfatórios, desde que considerado o atraso ideal entre as variáveis. Tais ferramentas possibilitam o melhor entendimento do comportamento da seca no Brasil e possibilidades de facilitar a previsão de eventos de seca hidrológica severa ou extrema, especialmente em locais que não possuem medições ou séries históricas consistentes de vazão dos corpos hídricos.
          Abordagem híbrida de otimização multiobjetivo aplicada a operação de estações elevatórias em sistemas de abastecimento de água
          Curso Doutorado em Tecnologias Ambientais
          Tipo Tese
          Data 11/09/2024
          Área ENGENHARIA SANITÁRIA
          Orientador(es)
          • Carlos Nobuyoshi Ide
          Coorientador(es)
            Orientando(s)
            • Moacir Muniz Pereira Júnior
            Banca
            • Carlos Nobuyoshi Ide
            • Enio Arriero Shinma
            • Fabio Verissimo Goncalves
            • Keila Roberta Ferreira de Oliveira
            • Paulo José Alves de Oliveira
            • Peter Batista Cheung
            • Robert Schiaveto de Souza
            Resumo Cenários de instabilidade na disponibilidade hídrica reforçam a necessidade de gestão dos
            sistemas de abastecimento de água. No entanto, mesmo com a aplicação de metodologias
            de combate ao desperdício, os índices de desempenho referentes ao volume de água
            perdido em vazamentos e a energia elétrica utilizada para o bombeamento dos sistemas
            brasileiros tendem a não melhorar expressivamente e retratam um longo caminho até a
            excelência, o que reflete diretamente no aumento de custos operacionais. A ineficiência
            agrava os custos operacionais em companhias de saneamento. Nos últimos 20 anos, a
            programação otimizada da operação de bombas, especialmente bombas de velocidade
            variável, tem se mostrado uma solução prática e eficaz para a redução de custos
            operacionais dos sistemas de abastecimento. Estudos recentes indicam que a otimização
            baseada na variação de velocidade de motobombas pode proporcionar melhorias
            superiores a 40%. Nesse contexto, metodologias de otimização computacional inspiradas
            em processos naturais de evolução e aperfeiçoamento têm sido amplamente utilizadas
            com sucesso na tomada de decisões para otimizar sistemas de abastecimento de água. A
            literatura aponta para a necessidade de pesquisas que se concentrem em formas híbridas
            de otimização e em maneiras de reduzir o espaço de busca dos algoritmos, visando
            diminuir o custo computacional. Diante disso, esse estudo propõe um novo método
            híbrido de otimização multiobjetivo, que combina o algoritmo genético, a otimização por
            enxame de partículas (PSO) e a metodologia de edição genética CRISPR (Clustered
            Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats) para encontrar soluções ótimas de
            operação para bombas de velocidade variável em sistemas de abastecimento de água. As
            funções objetivo utilizadas foram minimizar o custo e maximizar a resiliência do sistema.
            A fuga hidroenergética foi empregada como critério de avaliação da qualidade e
            interpretada no método como um genótipo no algoritmo genético. O método proposto foi
            implementado e testado em um modelo hidráulico que representa as condições hidráulicas
            de uma rede real de distribuição de água brasileiro. Os resultados demonstram que o
            espaço de busca do algoritmo foi otimizado, priorizando soluções tecnicamente mais
            viáveis para a operação dos sistemas de bombeamento, sem comprometer o
            abastecimento no dia seguinte. Além disso, a taxa de resiliência unitária se mostrou uma
            excelente estratégia de discretização de soluções devido às suas características,
            subsidiando o operador na escolha de um subgrupo menor de soluções para a tomada de
            decisão.
            Flow Dynamics around a Floating Vegetation Island and Sediment Removal: Field and Lab Studies with Engineering Education Applications
            Curso Doutorado em Tecnologias Ambientais
            Tipo Tese
            Data 08/07/2024
            Área ENGENHARIA SANITÁRIA
            Orientador(es)
            • Johannes Gerson Janzen
            Coorientador(es)
            • Luiz Mario Franca
            Orientando(s)
            • Rodrigo Bahia Pereira
            Banca
            • Graziele Ruas Lagoas da Silva
            • Johannes Gerson Janzen
            • Karen Midori Takahashi
            • Manoel Lucas Machado Xavier
            • Paulo Henrique Silva de Lima
            • Paulo Tarso Sanches de Oliveira
            • Robert Schiaveto de Souza
            Resumo Este trabalho aborda a necessidade de soluções inovadoras para melhorar a qualidade da água em áreas urbanas, onde a infraestrutura de saneamento é frequentemente inadequada. A urbanização intensiva tem levado a um aumento significativo no escoamento superficial e na carga de poluentes, resultando em desafios significativos para a saúde pública e o meio ambiente. As Ilhas Flutuantes de Tratamento emergem como uma tecnologia promissora, utilizando vegetação flutuante para remover poluentes através de processos físicos e bioquímicos, contribuindo para a sustentabilidade ambiental e a melhoria da qualidade de vida nas cidades. A tese objetiva avaliar o comportamento hidrodinâmico de um protótipo de ilha de vegetação flutuante (IVF) de baixo custo em um córrego urbano, desenvolver uma estrutura reduzida de ilha de vegetação flutuante para realizar experimentos hidrodinâmicos controlados em laboratório e finalizando através do desenvolvimento de um Project-Based Learning, incentivando alunos a ampliarem seu conhecimento e se preparem para o futuro. O primeiro capítulo utilizou raízes de Pistia stratiotes na implementação de uma ilha de vegetação flutuante de baixo custo em um córrego urbano. Foram quantificados os sólidos suspensos adsorvidos e analisada a relação com as características da zona radicular. Os resultados mostraram que a velocidade da água através da zona radicular reduziu em média 60%, e a captura de sedimentos foi relacionada à massa radicular com um coeficiente de determinação (r²) de 0,5. Contudo, não houve uma redução progressiva na quantidade de massa capturada, possivelmente devido à não uniformidade da biomassa radicular e ao comportamento do fluido. O segundo capítulo investigou os efeitos hidrodinâmicos das IVF compostas por raízes de Pistia stratiotes em um canal experimental. O objetivo foi analisar como diferentes configurações radiculares influenciam o comportamento hidrodinâmico e a eficiência de remoção de sedimentos. Experimentos foram realizados no Laboratório de Eficiência Energética e Hidráulica em Saneamento (LENHS), utilizando um canal de 20 metros com medições de velocidade por Velocímetro Doppler Acústico (ADV). Três comprimentos de raiz (h0/H = 0.3, 0.6 e 0.8) foram testados. Os resultados indicaram que raízes mais longas e deformadas aumentaram a eficiência de remoção de massa, mas a taxa de remoção de sedimentos diminuiu ao longo do tempo, sugerindo um tempo de saturação do sistema. A distribuição de energia cinética turbulenta (TKE) e tensões de Reynolds foi significativamente afetada pela presença das raízes, com maior redistribuição de energia perto das raízes menores e menos flexíveis. A recuperação da velocidade do fluxo variou com o comprimento das raízes, destacando a complexa interação entre o escoamento do fluido e a reconfiguração radicular. O terceiro capítulo explorou o impacto do Aprendizado Baseado em Projetos (PBL) na educação em engenharia, especificamente em um curso de Fenômenos de Transporte na UFMS. O objetivo foi avaliar como a integração de IVFs em projetos práticos influencia o engajamento e os resultados de aprendizado dos estudantes. O PBL permitiu que os alunos aplicassem habilidades criativas e analíticas em um contexto prático, otimizando o fluxo de água através da zona radicular. Os resultados mostraram variação significativa nas notas dos projetos, com maior desvio padrão entre os alunos com médias acima do limiar de aprovação, indicando abordagens diversificadas, e menor desvio padrão entre os que estavam próximos ao limiar de aprovação, sugerindo esforços uniformes. Os alunos relataram alta satisfação com o PBL, apesar dos desafios na interpretação dos dados, destacando a necessidade de métodos de ensino adaptativos para melhorar o engajamento e o aprendizado.
            Geotecnologias aplicadas no diagnóstico e avaliação do saneamento ambiental na região de Porto Murtinho - MS
            Curso Doutorado em Tecnologias Ambientais
            Tipo Tese
            Data 12/04/2024
            Área ENGENHARIA SANITÁRIA
            Orientador(es)
            • Antonio Conceicao Paranhos Filho
            Coorientador(es)
              Orientando(s)
              • NELISON FERREIRA CORREA
              Banca
              • Alisson Andre Ribeiro
              • Antonio Conceicao Paranhos Filho
              • Fabio Verissimo Goncalves
              • Jhonatan Barbosa da Silva
              • Roberto Macedo Gamarra
              • Vinícius de Oliveira Ribeiro
              Resumo O uso de tecnologias como o sensoriamento remoto e o Sistema de Informação Geográfica (SIG) para o saneamento têm sido objeto de estudo, em que estas ferramentas proporcionam mapeamentos de maneira rápida e econômica, permitindo também análises prospectivas sobre os cenários passados, presentes e futuros relacionados à utilização e conservação dos recursos naturais. Desse modo, esta tese utilizou ferramentas de geoprocessamento, para aprimorar a tomada de decisões no âmbito do saneamento ambiental em Porto Murtinho/MS. Porto Murtinho é um município localizado a sudoeste do Estado de Mato Grosso do Sul, às margens do Rio Paraguai, no complexo do baixo Pantanal, abrangendo parte do Chaco Paraguaio e que também estará localizada a Rota Bioceânica, uma ponte que conectará o lado brasileiro à cidade de Carmelo Peralta, no Paraguai. Nesse contexto, o objetivo geral consiste em avaliar a utilização de ferramentas de geoprocessamento no auxílio à tomada de decisão em assuntos relacionados ao saneamento da região de Porto Murtinho/MS, utilizando ferramentas livres e de distribuição gratuita, a fim de desenvolver mapas temáticos abordando a implantação de uma estação de tratamento de esgoto e um aterro sanitário. Para alcançar esse propósito, os objetivos específicos delineados são: conduzir uma análise cienciométrica e bibliométrica do estudo de geotecnologias e saneamento em Porto Murtinho/MS, mapeando a produção científica e identificando lacunas de pesquisa; discorrer sobre o conceito e uso de geotecnologias no contexto do saneamento, oferecendo recomendações estratégicas para o crescimento local; explorar os processos técnicos, ambientais e legais na produção de um mapa temático para uma Estação de Tratamento de Esgoto (ETE); e investigar os elementos e etapas envolvidos na elaboração de um mapa temático destinado a um aterro sanitário em Porto Murtinho/MS, considerando critérios técnicos, socioambientais e legais pertinentes. Observou-se ao longo do trabalho a falta de estudos sobre saneamento na região de Porto Murtinho/MS, principalmente com o uso de geotecnologias, além de que o uso de dados espaciais gratuitos e softwares livres proporcionaram o encontro de resultados significativos e ambientalmente estratégicos, como o Mapa de áreas potenciais para instalação de um E.T.E. e para implantação de Aterro Sanitário na região. O trabalho contribui, não apenas para uma compreensão aprofundada da interação entre geotecnologias e saneamento em Porto Murtinho/MS, mas também para guiar futuras iniciativas de pesquisa e desenvolvimento na área. Essas contribuições visam impulsionar o crescimento sustentável desta localidade.
              Influência do uso e ocupação do solo urbano na qualidade da água e fauna aquática subterrânea
              Curso Doutorado em Tecnologias Ambientais
              Tipo Tese
              Data 05/04/2024
              Área ENGENHARIA SANITÁRIA
              Orientador(es)
              • William Marcos da Silva
              Coorientador(es)
                Orientando(s)
                • Thaynara Dávalo Centurião
                Banca
                • Antonio Conceicao Paranhos Filho
                • Jonas de Sousa Correa
                • Karina Ocampo Righi Cavallaro
                • Kennedy Francis Roche
                • Luci Helena Zanata
                • Tamires Zepon
                • William Marcos da Silva
                Resumo O Sistema Aquífero Serra Geral (SASG) é um valioso recurso hídrico, e sua conservação é fundamental para garantir o abastecimento de água e a sustentabilidade ambiental. No entanto, os impactos ambientais negativos decorrente das atividades humanas podem prejudicar a sua qualidade. Este estudo investiga os efeitos do uso e ocupação urbanos do solo na qualidade da água e na fauna do aquífero, por meio da análise dos componentes físicos, químicos, microbiológicos e faunísticos, assim como a identificação dos fatores que podem afetar as comunidades de organismos em área urbana. A tese está estruturada em dois capítulos: o primeiro aborda as características físicas, químicas e microbiológicas do SASG, enquanto o segundo explora a fauna aquática subterrânea em relação aos parâmetros da água, uma vez que não há registros de estudos dessa natureza para este aquífero. Como resultado, alguns pontos apresentaram níveis de contaminantes acima dos limites legais, indicando potenciais riscos ambientais e à saúde. A presença de contaminantes como metais pesados, coliformes termotolerantes e Escherichia coli indica a influência de atividades humanas. A fauna esteve representada pelos grupos Nematoda, Eutardigrada, Monogononta, Cyclopoida, Harpacticoida e Lecane sp. A distribuição desses táxons variou entre os pontos de amostragem, com alguns táxons encontrados em múltiplos locais e outros em locais específicos. Diante do exposto, torna-se necessário o monitoramento contínuo para mitigar a contaminação. Destaca-se ainda a importância deste estudo na orientação de políticas de gestão e proteção das águas subterrâneas, ressaltando a necessidade de protocolos padronizados para a preservação da fauna e desse ambiente essencial para a biodiversidade e o bem-estar humano.
                MODELO DE DECISÃO PARA DETERMINAÇÃO DE SISTEMA DE DRENAGEM URBANA SUSTENTÁVEL
                Curso Doutorado em Tecnologias Ambientais
                Tipo Tese
                Data 26/03/2024
                Área ENGENHARIA SANITÁRIA
                Orientador(es)
                • Isabel Kaufmann de Almeida
                Coorientador(es)
                  Orientando(s)
                  • Izabel Rodrigues Leite
                  Banca
                  • Albert Schiaveto de Souza
                  • Aleska Kaufmann Almeida
                  • CÁSSIA MONTEIRO DA SILVA BURIGATO COSTA
                  • Isabel Kaufmann de Almeida
                  • Robert Schiaveto de Souza
                  • Saulo Gomes Moreira
                  • William Marcos da Silva
                  Resumo Mudanças no comportamento da precipitação ocorrem ao longo do tempo. Essas alterações na intensidade e frequência afetam o meio ambiente e a sociedade. Os sistemas de drenagem urbana devem ser então, projetados (ou atualizados) para acomodar chuvas excessivas e evitar ameaças de inundações urbanas. Sistemas de Drenagem Urbana Sustentável (SUDS) são complementos à infraestrutura de drenagem que objetivam minimizar os impactos de mudanças hidrológicas e aumentar a resiliência a eventos pluviométricos extremos. Nesse sentido, Sistemas de Suporte à Decisão (DSS) se tornam ajuda valiosa para a adoção de SUDS, pois sistematizam os critérios de tomada de decisão. A Análise Multicritério é considerada uma ferramenta eficaz de análise multivariável que pode melhorar o rigor analítico, a transparência e a auditabilidade do processo de tomada de decisão. Assim, foi desenvolvido um Modelo de Decisão Multicritério que demonstra qual infraestrutura é a mais adequada para determinada localidade, com base em critérios técnicos, sociais e econômicos levantados durante a revisão bibliométrica. Os subcritérios técnicos “permeabilidade do solo” e “nível do lençol freático” se mostraram determinantes para a adoção das práticas SUDS elencadas. A aplicação do modelo nas áreas de estudo demonstrou que em localidades onde todas as práticas SUDS podem ser utilizadas a valeta vegetada se sobressai dentre as demais, enquanto trincheira de infiltração possui maior distância da solução ideal. Em locais mais restritivos célula de biorretenção e telhado verde se destacam como soluções com a menor distância a solução ideal.
                  Drinking Water Storage Tank: Computational Fluid Dynamics Models and Disinfection Cost upon Different Flow Regimes
                  Curso Doutorado em Tecnologias Ambientais
                  Tipo Tese
                  Data 01/03/2024
                  Área ENGENHARIA SANITÁRIA
                  Orientador(es)
                  • Johannes Gerson Janzen
                  Coorientador(es)
                    Orientando(s)
                    • Isabela Lampa Freire
                    Banca
                    • Johannes Gerson Janzen
                    • Juliana Dorn Nobrega
                    • Keila Roberta Ferreira de Oliveira
                    • Manoel Lucas Machado Xavier
                    • Paulo Henrique Silva de Lima
                    • Paulo Tarso Sanches de Oliveira
                    • Robert Schiaveto de Souza
                    Resumo Projeto e operação inadequados de reservatórios do sistema de distribuição, combinados a elevados tempos de residência e baixa taxa de mistura, resultam na redução da concentração de cloro, o que por sua vez pode permitir o recrescimento microbiano, comprometendo a qualidade da água a ser distribuída no Sistema de Distribuição de Água (SDA). Esta tese apresenta uma revisão sistemática um compilado de publicações que investigaram o uso de modelagem CFD (fluido dinâmica computacional) em tanques de armazenamento de água potável. Um modelo CFD também foi desenvolvido e validado com base em dados de modelo de escala laboratorial para determinar os efeitos da escala, vazão e constante de decaimento do cloro no desempenho hidráulico e na qualidade da água de um reservatório. Uma investigação em relação ao tipo de fluxo predominante no reservatório e sua relação com o custo de desinfecção também foi realizada. Os resultados mostraram as principais características, métodos, conclusões e recomendações para estudos futuros de uma compilação de publicações, que podem contribuir para a consolidação do CFD na modelagem de tanques de armazenamento de água potável. O padrão de fluxo, o decaimento de cloro e o desempenho hidráulico foram notavelmente semelhantes entre as duas diferentes escalas analisadas. A vazão mostrou uma influência significativa na diminuição da concentração de cloro em valores de constante de decaimento de cloro (kr) mais elevados. As equações desenvolvidas que relacionam o custo do desinfetante com a taxa de decaimento do desinfetante e o tempo médio de residência comparados para três regimes de fluxo (mistura completa, fluxo tampão e fluxo disperso) mostraram que à medida que a taxa de decaimento ou o tempo médio de residência aumentava, o custo aumentou da ordem de 10 vezes para regime de escoamento disperso, e 100 vezes para escoamento em fluxo tampão, quando comparado ao escoamento de mistura completa. Embora os modelos sejam uma abstração simplificada de operações complexas de reservatórios do SDA, eles oferecem algumas informações úteis sobre a influência dos regimes de fluxo no custo da desinfecção. Uma modelagem CFD precisa pode ser capaz de prever e melhorar o comportamento hidrodinâmico e a qualidade da água dentro do tanque, podendo até contribuir para a diminuição dos custos de cloração, devido ao menor decaimento do cloro e, consequentemente, à menor quantidade de desinfetante utilizada na recloração da água.
                    ENHANCING HYDROLOGICAL MONITORING THROUGH DEEP LEARNING AND PHOTOGRAMMETRY
                    Curso Doutorado em Tecnologias Ambientais
                    Tipo Tese
                    Data 23/02/2024
                    Área ENGENHARIA SANITÁRIA
                    Orientador(es)
                    • Jose Marcato Junior
                    Coorientador(es)
                    • Wesley Nunes Goncalves
                    Orientando(s)
                    • Pedro Alberto Pereira Zamboni
                    Banca
                    • Ana Paula Marques Ramos
                    • ANDRÉ ALMAGRO
                    • DIOGO NUNES GONCALVES
                    • Hemerson Pistori
                    • Jonathan de Andrade Silva
                    • Jose Marcato Junior
                    • Paulo Tarso Sanches de Oliveira
                    Resumo A observação dos componentes do ciclo hidrológico podem ser desafiadoras devido à
                    escala em que ocorrem e ao custo dos sensores. Medir a formação de escoamento superficial e
                    vazão são chave para a compreensão da dinâmica da água, uma vez que influencia também as
                    atividades humanas, a fim de manter ecossistemas naturais equilibrados. O principal objetivo
                    desta tese de doutorado é propor abordagens de aprendizagem profunda combinadas com
                    fotogrametria para medir automaticamente a formação de escoamento superficial e vazão.
                    Nossos resultados sugerem que considerar o desequilíbrio de classe e a incerteza do rótulo
                    durante o treinamento de aprendizagem profunda para segmentar áreas de poças de água é
                    mais importante do que a própria rede, bem como ensembles. Área, número e conectividade
                    das poças de água e a sua foram comparados com medida da vazão, onde foram encontrados
                    diferentes comportamentos em relação à geração de escoamento superficial. Em relação à
                    vazão, nossos resultados mostraram que tanto STCN quanto SAM utilizando pontos fixos e
                    SAM combinado com Dino alcançaram resultados satisfatórios para segmentação de água,
                    mesmo com conjunto de dados de rótulo mínimo ou não anotado. As medidas dos níveis de
                    água utilizando estas máscaras resultam num bom ajuste com os dados de referência, sendo
                    capazes de capturar alterações no fluxo de água, especialmente para níveis de água mais
                    elevados. Nas imagens dinâmicas, STCN e SAM Dino obtiveram resultados semelhantes,
                    entretanto a escolha do primeiro frame influencia os resultados da STCN. Os resultados
                    encontrados nesta tese de doutorado abrem uma nova fronteira para hidrólogos e
                    tranquilizadores da ciência do solo com a possibilidade de medir diretamente a formação de
                    escoamento superficial e uma solução mais barata e escalável para medição de vazão.
                    OTIMIZAÇÃO DA DEGRADAÇÃO ELETROQUÍMICA DE COMPOSTOS ORGÂNICOS E A ECOTOXICIDADE DO EFLUENTE GERADO
                    Curso Doutorado em Tecnologias Ambientais
                    Tipo Tese
                    Data 21/11/2023
                    Área ENGENHARIA SANITÁRIA
                    Orientador(es)
                    • Carlos Nobuyoshi Ide
                    Coorientador(es)
                    • Sajjad Hussain
                    Orientando(s)
                    • Marcelo Campos
                    Banca
                    • Carlos Nobuyoshi Ide
                    • Dirce Martins de Oliveira
                    • Jhonatan Barbosa da Silva
                    • Jonas de Sousa Correa
                    • Keila Roberta Ferreira de Oliveira
                    • Kennedy Francis Roche
                    • Maria Lucia Ribeiro
                    • Sajjad Hussain
                    Resumo As águas residuárias industriais contêm uma ampla gama de poluentes emergentes, cuja presença no meio ambiente representa um risco significativo para a saúde pública e os ecossistemas aquáticos. Os tratamentos convencionais muitas vezes falham em eliminar esses contaminantes de forma eficaz. Neste contexto, a eletroquímica surge como uma tecnologia promissora, capaz de degradar poluentes orgânicos persistentes. Esta tese enfatiza a otimização dos processos eletroquímicos para o tratamento de efluentes contendo corantes têxteis e surfactantes, especificamente o corante Procion Yellow (PY) e o surfactante Linear Alkylbenzene Sulfonate (LAS). Os principais objetivos foram investigar a eficácia da eletro-oxidação usando eletrodos de Diamante Dopado com Boro (DDB) na degradação de poluentes emergentes, avaliar as variáveis operacionais para otimização do tratamento e examinar os efeitos na toxicidade dos efluentes tratados. A metodologia abrange estudos experimentais detalhados em cinco capítulos, utilizando delineamentos experimentais como Taguchi e Box-Behnken para otimização, bem como análises de ecotoxicidade para avaliar a segurança ambiental dos tratamentos. No Capítulo 2, apresenta a aplicação da eletro-oxidação que resultou em 91,4% de remoção do PY e reduções significativas na Demanda Química de Oxigênio (DQO) e no Carbono Orgânico Total (TOC). O Capítulo 3 demonstra a eficiência da otimização das variáveis operacionais, alcançando 97,06% de remoção do corante. Já o Capítulo 4 se destaca pela degradação de 98% de LAS e 71,36% de PY na presença de surfactantes, com a cinética de degradação seguindo um modelo de segunda ordem. Este trabalho aprofunda a compreensão sobre a interação entre surfactantes e processos eletroquímicos, apresentando uma metodologia eficiente para eliminar corantes têxteis em matrizes contendo Linear Alkylbenzene Sulfonate (LAS). A pesquisa enfatiza a importância da sustentabilidade ambiental e da proteção à saúde pública, demonstrando que o tratamento reduz significativamente a toxicidade dos efluentes. Este resultado sublinha o potencial das técnicas de eletro-oxidação não apenas na remoção de poluentes, mas também na mitigação de seus impactos nocivos no meio ambiente. Além disso, fornece uma base científica para a aplicação de tais tecnologias em escala piloto, incentivando sua adoção pela indústria.
                    Palavras-chave: Eletroquímica, Águas Residuais Industriais, Eletro-oxidação, Diamante Dopado com Boro, Poluentes Emergentes, Corantes Têxteis, Surfactantes, Procion Yellow, Linear Alkylbenzene Sulfonate, Otimização de Processos, Ecotoxicidade, Tratamento de Efluentes.
                    TOWARDS A BETTER UNDERSTANDING OF BRAZILIAN PAYMENTS FOR ECOSYSTEM SERVICES PROGRAMS
                    Curso Doutorado em Tecnologias Ambientais
                    Tipo Tese
                    Data 01/09/2023
                    Área ENGENHARIA SANITÁRIA
                    Orientador(es)
                    • Paulo Tarso Sanches de Oliveira
                    Coorientador(es)
                      Orientando(s)
                      • Ingrid Moreno Mamedes
                      Banca
                      • ANDRÉ ALMAGRO
                      • Angelica Guerra
                      • Dulce Buchala Bicca Rodrigues
                      • Fabio de Oliveira Roque
                      • Ibraim Fantin da Cruz
                      • Jamil Alexandre Ayach Anache
                      • Paulo Tarso Sanches de Oliveira
                      Resumo Os programas de pagamentos por serviços ambientais (PSA) tornaram-se uma ferramenta para lidar com a degradação ambiental e promover o desenvolvimento sustentável. Entretanto, apesar da expansão de programas de PSA no Brasil, há uma grande limitação de informações literárias a respeito disso. O objetivo dessa tese foi orientar a gestão eficaz dos programas já implementados e servir de base para o desenvolvimento de novos programas, por meio das informações levantadas com base nas experiências dos programas de PSA existentes e das percepções dos proprietários rurais participantes. O panorama dos programas de PSA desenvolvidos no país nos possibilitou identificar 80 programas, dos quais a maioria objetiva a melhoria da quantidade (91,25%) e da qualidade (85,00%) da água. As principais atividades implementadas foram a conservação e a restauração da vegetação nativa (83,56%) e tiveram resultados expressivos na geração de serviços ecossistêmicos. Entretanto, 40,91% dos respondentes disseram que não fazem o monitoramento de indicadores ambientais. Há relevante concentração de programas no bioma Mata Atlântica (56,25%), em especial na região sudeste do país (70,00%), enquanto biomas como o pantanal e o pampa ainda não possuem programas de PSA. Os parceiros mais atuantes são as prefeituras municipais (90,79%) e a Agência Nacional de Águas (76,32%). Além disso, reforçamos a importância da satisfação dos proprietários rurais para o adequado funcionamento dos programas. Percebemos que a maioria dos participantes do projeto Manancial Vivo teve conhecimento do projeto por meio de conversas com outros proprietários rurais (64,30%) e demonstrou insatisfação como acesso à informação. O acesso à capacitação técnica tem sido um entrave para o projeto e 71,40% dos entrevistados não foram capacitados. Os principais fatores que influenciam o desejo dos proprietários de participar são ambientais (85,70%) e econômicos (71,40%), porém 78,60% informaram que não estão recebendo pagamentos por serviços ambientais. Dessa forma, a longevidade do projeto está sendo afetada pela falta de confiança no governo. Concluímos que há necessidade de uma melhor distribuição de recursos e programas de PSA no território brasileiro, monitoramento adequado dos programas, inclusão de potenciais compradores de SE, investimento na divulgação dos programas, treinamento e suporte técnico, melhor comunicação entre gestores e proprietários rurais, políticas inclusivas e educação ambiental, para que possibilite o desenvolvimento de programas de PSA que combinem desenvolvimento ambiental, econômico e social.
                      INFLUÊNCIA DA CAPTAÇÃO PLUVIAL EM TELHADOS NA DRENAGEM URBANA
                      Curso Doutorado em Tecnologias Ambientais
                      Tipo Tese
                      Data 25/08/2023
                      Área ENGENHARIA SANITÁRIA
                      Orientador(es)
                      • Paulo Tarso Sanches de Oliveira
                      Coorientador(es)
                        Orientando(s)
                        • Enio Arriero Shinma
                        Banca
                        • Jamil Alexandre Ayach Anache
                        • Jose Goes de Vasconcelos Neto
                        • Jose Marcato Junior
                        • Murilo Cesar Lucas
                        • Paulo Tarso Sanches de Oliveira
                        • Robert Schiaveto de Souza
                        • Tiago Souza Mattos
                        Resumo Este estudo tem como objetivo aprofundar a compreensão dos efeitos do uso de volumes de armazenamento da captação pluvial em telhados (CPT), focado na economia de água potável, para o amortecimento do escoamento superficial e mitigação de problemas na drenagem urbana.
                        Essa necessidade investigativa surgiu diante do crescimento evidente da infraestrutura urbana que, ao longo dos anos, tem dado prioridade à adoção de pavimentos impermeáveis e ao aumento da capacidade de escoamento da macrodrenagem. Esse panorama tem ocasionado o aumento dos picos de vazão e o incremento dos volumes escoados superficialmente. Como decorrência dessas intervenções, as áreas urbanas têm sofrido diversos prejuízos associados aos impactos das inundações.
                        Atrelada às implicações relacionadas à drenagem, as áreas urbanas enfrentam também complexidades na sustentação do fornecimento de água potável, incluindo desafios de quantidade, qualidade e distância entre os locais de captação e consumo. Assim, é incongruente observar a existência de excesso de escoamento pluvial resultando em danos, ao passo que há uma carência de água para atender às necessidades da população. Desse modo, é razoável concluir que ambos os problemas poderiam ser amenizados por meio da adoção de sistemas de captação e armazenamento de água pluvial.
                        Comumente, os estudos que abordam a CPT, trabalham em micro escala, detalhando efeitos de amortecimento de vazão em prédios ou pequenas áreas e, após suas conclusões, sugerem uma redução na descarga final de sistemas de macrodrenagem urbana. Essa inferência decorre da diminuição do volume escoado na unidade predial analisada, desconsiderando efeitos conhecidos em hidrologia, tais como, o amortecimento de pico de vazão e volumes escoados, bem como efeitos de sincronização ou dessincronização de hidrogramas ao longo da macrodrenagem.
                        Portanto, existe uma lacuna a ser completada por meio de estudos sobre avaliação de efeitos da CPT, tanto na economia de água potável, quanto no escoamento superficial em bacias hidrográficas urbanas.
                        Diante disso, essa tese analisa os efeitos da CPT no amortecimento do escoamento da macrodrenagem, considerando os volumes de armazenamento necessários para economia de água potável.
                        No primeiro capítulo desta tese foram comparados os potenciais de economia de água potável a partir de duas metodologias de quantificação de áreas de telhado, uma estatística e outra utilizando inteligência artificial.
                        No segundo capítulo, analisou-se o efeito da discretização espacial no PEAP. E, no terceiro, foram explanadas correlações entre captação, consumo, população e áreas de telhado, para mensuração de volumes de armazenamento necessários para se atingir tal potencial.
                        Subsequente à essas análises, no capítulo quatro foi utilizada modelagem hidrológica-hidráulica para determinar os limites de influência da CPT, em equivalência de consumo de água potável, no amortecimento de picos e volumes escoados na macrodrenagem urbana e, por fim, no capítulo cinco foi analisada a influência dos volumes necessários para se atingir o PEAP pela CPT, como alternativa de amortecimento do escoamento superficial na macrodrenagem urbana.
                        DEVELOPMENT OF THE URBAN HYDROLOGICAL DISASTERS SUSCEPTIBILITY INDEX
                        Curso Doutorado em Tecnologias Ambientais
                        Tipo Tese
                        Data 17/08/2023
                        Área ENGENHARIA SANITÁRIA
                        Orientador(es)
                        • Fabio Verissimo Goncalves
                        Coorientador(es)
                          Orientando(s)
                          • Rafael Brandão Ferreira de Moraes
                          Banca
                          • Carlos Nobuyoshi Ide
                          • Claudia Goncalves Vianna Bacchi
                          • Cristovão Vicente Scapulatempo Fernandes
                          • Fabio Verissimo Goncalves
                          • Jamil Alexandre Ayach Anache
                          • Jhonatan Barbosa da Silva
                          • Keila Roberta Ferreira de Oliveira
                          Resumo O aumento da taxa de urbanização atrelado ao planejamento inadequado das cidades e às alterações do uso e ocupação do solo estão modificando os processos de escoamento superficial e infiltração de águas pluviais nas áreas urbanas de diversos municípios, contribuindo para a ocorrência de desastres hidrológicos (alagamentos). Concomitantemente, é importante destacar a escassez de dados hidrológicos consistentes e confiáveis em escala espaço-temporal satisfatória para realização de estudos hidrológicos, principalmente em área de difícil acesso, extensa e com baixo recurso financeiro. Nesse contexto, as estimativas de precipitação via sensoriamento remoto emergem como alternativas promissoras para complementarem as medições realizadas em superfície. O objetivo geral desse trabalho foi desenvolver, aplicar e validar o Índice de Susceptibilidade a Desastres Hidrológicos Urbanos (ISDHU) a partir de indicadores pertinentes a diferentes esferas (morfométrica, uso e ocupação do solo, infraestrutura pluvial e ambiental), levando em consideração a infiltração e o escoamento superficial de água pluvial em Campo Grande - Mato Grosso do Sul (MS) - Brasil, apresentado no primeiro capítulo. Os resultados do ISDHU e registros históricos de alagamentos aplicados em cada Microbacia Hidrográfica Urbana (MHU) obtiveram correlação forte (r > 0.80), evidenciando a confiabilidade e validação do índice desenvolvido. Dessa forma, o ISDHU é capaz de auxiliar na formulação de medidas políticas adequadas e normas legais para o ordenamento do uso e ocupação do solo, bem como indicar as MHUs que necessitam de mais atenção e ações mitigatórias do poder público para o desenvolvimento socioeconômico sustentável. A partir da escassez de dados de precipitação confiáveis e consistentes verificada durante o desenvolvimento do ISDHU no munícipio de Campo Grande – MS, dois novos estudos foram realizados a fim de validar estatisticamente as estimativas de precipitação Tropical Rainfall Measurement Mission (TRMM) nas cinco regiões geográficas do Brasil e comparar os desempenhos das estimativas de precipitação Global Precipitation Measurement (GPM), TRMM e Global Precipitation Climatology Project (GPCP) nas escalas temporais diária, mensal e sazonal no munícipio de Campo Grande - MS apresentados no segundo e terceiro capítulo, respectivamente. De modo geral, os resultados mostraram que é necessário cautela antes da utilização de estimativas de precipitação na escala diária, visto que não foram encontrados resultados estatísticos excelentes nesta escala de tempo. No entanto, o aumento da escala temporal melhora consideravelmente a correlação e concordância entre os dados de precipitação estimados via sensoriamento remoto e os dados de precipitação observados em superfície, sendo possível representar bem o padrão de chuva na área de interesse. Por fim, é esperado que os resultados dessa pesquisa auxiliem no planejamento de diversas atividades socioeconômicas que envolvam dados de precipitação, como agricultura, pecuária, geração de energia e identificação de áreas susceptíveis a desastres hidrológicos em regiões com climas caracterizados por inverno seco e verão úmido.
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                          Fluidodinâmica Computacional aplicada à escoamentos em canais com vegetação
                          Curso Doutorado em Tecnologias Ambientais
                          Tipo Tese
                          Data 09/08/2023
                          Área ENGENHARIA SANITÁRIA
                          Orientador(es)
                          • Johannes Gerson Janzen
                          Coorientador(es)
                            Orientando(s)
                            • Paulo Henrique Silva de Lima
                            Banca
                            • Ariel Ortiz Gomes
                            • Carlos Nobuyoshi Ide
                            • Claudia Goncalves Vianna Bacchi
                            • Johannes Gerson Janzen
                            • Keila Roberta Ferreira de Oliveira
                            • Manoel Lucas Machado Xavier
                            • Robert Schiaveto de Souza
                            Resumo A Fluidodinâmica computacional foi utilizada para estudar a evolução de pequenas manchas de vegetação emergente para paisagens de vegetação em um canal. O crescimento da nova vegetação ocorreu nas regiões onde a velocidade foi reduzida abaixo de um valor de corte definido como sendo uma fração da velocidade média do canal (U0). Dois valores de corte ou velocidades limite (LV), foram utilizados: LV = 0,5 e LV = 0,7. Dois fatores de bloqueio iniciais (porcentagem de cobertura vegetal do canal) foram considerados, 3% e 0,3%, escolhidos para, respectivamente representar casos com e sem interação hidrodinâmica entre as manchas iniciais. A simulações ilustraram tanto interações positivas entre escoamento e vegetação, onde houve um aumento no crescimento da vegetação, como interações negativas, que levaram a erosão da mancha e limitou o crescimento da vegetação. A expansão mais rápida da área vegetada ocorreu durante as iterações iniciais da simulação, quando o fator de bloqueio devido a vegetação era baixo. O valor mais alto de velocidade de corte (maior LV) produziu um crescimento inicial mais rápido e uma maior cobertura final de vegetação. As manchas evoluíram para uma ou algumas ilhas alongadas que se estendem ao longo do canal.
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                              AVANÇOS EM APRENDIZAGEM PROFUNDA APLICADA AO SENSORIAMENTO REMOTO
                              Curso Doutorado em Tecnologias Ambientais
                              Tipo Tese
                              Data 28/07/2023
                              Área ENGENHARIA SANITÁRIA
                              Orientador(es)
                              • Jose Marcato Junior
                              Coorientador(es)
                              • Wesley Nunes Goncalves
                              • Ana Paula Marques Ramos
                              Orientando(s)
                              • Lucas Prado Osco
                              Banca
                              • Edson Takashi Matsubara
                              • Fabio de Oliveira Roque
                              • Hemerson Pistori
                              • Jonathan de Andrade Silva
                              • Jose Marcato Junior
                              • Keiller Nogueira
                              • Paulo Tarso Sanches de Oliveira
                              Resumo Esta tese consiste-se em uma análise das recentes inovações em técnicas de aprendizagem profunda (Deep Learning - DL), aplicadas em imagens de sensoriamento remoto, com foco nos avanços em Redes Neurais Profundas (Deep Neural Networks – DNN), Modelos de Linguagem Visual (Visual Language Models - VLM) e em segmentação zero-shot com o Segment Anything Model (SAM). A contribuição deste trabalho está em fornecer uma discussão do estado da arte dessas tecnologias no contexto da extração de informações em imagens de sensoriamento remoto. Baseando-se em revisões de literatura, análises e adaptações de modelos e experimentos com conjuntos de dados de sensoriamento remoto, a tese encontra-se organizada em forma de capítulos. O primeiro capítulo oferece uma revisão da literatura da aplicação de DNNs em imagens de alta resolução espacial, adquiridas por sensores embarcados em Veículos Aéreos Não-Tripulados (VANTs). Aqui, analisamos 232 artigos científicos e demonstramos que DL apresenta resultados promissores para uma série de aplicações no que se referem às tarefas de processamento de imagens aéreas. O segundo capítulo explora a aplicação do Visual ChatGPT, uma inovação em VLM, no contexto do sensoriamento remoto. Apesar de estar em fase inicial de desenvolvimento, o Visual ChatGPT, com as suas habilidades baseadas em entradas textuais para analisar imagens, poderá revolucionar o processamento digital de imagens de sensoriamento remoto, criando oportunidades e otimizando o processo de extração da informação. O terceiro e último capítulo examina o desempenho do SAM em segmentar imagens de sensoriamento remoto de múltiplas escalas, representativas de variados e desafiadores contextos geográficos. Apesar de suas limitações em imagens com resolução métrica, SAM demonstra desempenho satisfatório na segmentação quando equiparado a anotação manual humana em múltiplos casos. Em suma, esta tese compila o que há de mais recente no contexto de aplicação de modelos de DL em imagens de sensoriamento remoto de multiescala. Constata-se aqui, tanto os avanços quanto os desafios a serem superados neste campo, delineando caminhos para pesquisas futuras que visem avaliar imagens de sensoriamento remoto em aplicações diversas.
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