Doutorado em Tecnologias Ambientais

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TRABALHO Ações
REFLEXOS DAS MUDANÇAS GLOBAIS SOBRE A DINÂMICA DA COBERTURA ESPACIAL DOS CAMPOS DE ALTITUDE NO INTERIOR DA AMÉRICA DO SUL
Curso Doutorado em Tecnologias Ambientais
Tipo Tese
Data 27/02/2023
Área ENGENHARIA SANITÁRIA
Orientador(es)
  • Antonio Conceicao Paranhos Filho
Coorientador(es)
  • Marco Antonio Diodato
Orientando(s)
  • DHONATAN DIEGO PESSI
Banca
  • Alfredo Marcelo Grigio
  • Antonio Conceicao Paranhos Filho
  • Camila Leonardo Mioto
  • Fabio Verissimo Goncalves
  • Marco Antonio Diodato
  • Normandes Matos da Silva
  • Roberto Macedo Gamarra
  • Vinícius de Oliveira Ribeiro
Resumo Ecossistemas montanhosos tropicais são considerados vulneráveis às mudanças climáticas devido à grande porcentagem de flora endêmica com distribuições limitadas que, às vezes, são restritas a uma única cordilheira. Espécies vegetais restritas em determinadas faixas de distribuição altitudinal devem ter tolerâncias de habitat estreitas àquelas faixas no perfil de elevação. Apesar da importância dos ecossistemas montanhosos em todo o mundo, poucos estudos examinaram os mecanismos envolvidos nas mudanças de uso/cobertura da terra nas vegetações montanhosas na América do Sul, e até o presente momento nenhum estudo foi desenvolvido nos Campos de Altitude presentes no Pantanal Sul-mato-grossense. O objetivo dessa pesquisa foi realizar o monitoramento por via de sensoriamento remoto sobre as dinâmicas espaciais da vegetação montanhosa/montanhosa Campos de Altitude na Serra do Amolar e Morraria do Urucum inseridos no Pantanal Sul-mato-grossense. Primeiramente foi realizado um levantamento histórico/bibliométrico para apresentar dados históricos das áreas de estudo e também ver estudos que já haviam sido realizados dentro da mesma temática dessa pesquisa. No levantamento foram utilizados o Google Scholar, SciElo, Science Direct, Mendeley e Scopus para busca de material, utilizando palavras-chave. Após esse levantamento, foi realizado uma técnica de geoprocessamento para quantificar a variação espaço-temporal da vegetação presente nessas duas áreas de análise entre os anos de 1985 e 2020 e depois outra análise a parte considerando a janela de tempo entre 1973 e 2022. Essa técnica foi através do uso de imagens Landsat-8, 5 e MSS (1-3). Aplicou-se o NDVI para mensurar as áreas de vegetação Campos de Altitude separando-as das áreas com floresta para determinar se houve diferença na espacialização dessas vegetações ao longo desses anos. Por fim, foi realizado uma análise climatológica onde foram analisados dados de temperatura, precipitação, evapotranspiração e NDVI ao longo dos anos de 1982 a 2022 para dados climáticos e de 1985 a 2022 para o NDVI já que se usou Landsat-5 e Landsat-8, buscando entender as relações de fatores climáticos com a alteração espacial dos Campos de Altitude. Os resultados da análise bibliométrica indicou que houve muitos poucos trabalhos relacionados a essa pesquisa, e não foram encontrados nenhum trabalho desenvolvido no Brasil até o momento da análise (2020). As análises multitemporal de NDVI para monitorar a espacialização dos Campos de Altitude indicaram que houve mudanças significativas na distribuição espacial dos Campos de Altitude, onde por sua vez ocorreu aumento da vegetação floresta e diminuição dos Campos de Altitude em todas as janelas de anos estudadas (1985-2020 e 1973-2022). As análises climatológicas demonstraram que houve uma tendência de aumento nas variáveis estudadas, e que houve relação entre as variáveis climáticas e o NDVI. O estudo revelou o mérito dessa análise com uma abordagem técnica para avaliar a contribuição da mudança climática versus alteração na dinâmica da vegetação em ecossistemas montanhosos e demonstrou ainda a alteração espacial dos Campos de Altitude por fatores ambientais, ainda com uma possível tendência de um novo processo de alteração do ecossistema montanhoso no Pantanal Sul-mato-grossense por fator de regime hídrico nos últimos 15 anos, podendo levar a uma desertificação
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Remote sensing and Deep Learning applied to vegetation mapping
Curso Doutorado em Tecnologias Ambientais
Tipo Tese
Data 31/01/2023
Área ENGENHARIA SANITÁRIA
Orientador(es)
  • Jose Marcato Junior
Coorientador(es)
  • Paulo Tarso Sanches de Oliveira
Orientando(s)
  • José Augusto Correa Martins
Banca
  • Ana Paula Marques Ramos
  • DIOGO NUNES GONCALVES
  • Fabio de Oliveira Roque
  • Jonathan de Andrade Silva
  • Jose Marcato Junior
  • Roberto Macedo Gamarra
  • Veraldo Liesenberg
Resumo O rápido desenvolvimento da civilização humana impôs um recente e grande impacto ambiental ao planeta Terra e ao coletivo da vida terrestre. O alvorecer da civilização é um impacto muito recente na escala de tempo geológico do planeta. O ser humano precisa ter uma dimensão do efeito de suas ações dentro das áreas onde vive e em outros ambientes naturais para conhecer seus impactos e consequências ambientais. A vontade de dar uma resposta objetiva a este tema orientou este trabalho de pesquisa. Esta tese de doutorado apresenta os resultados de três anos de pesquisa como aluno de doutorado no programa de Tecnologias Ambientais da UFMS (Universidade Federal de Mato Grosso do Sul). Durante minha pesquisa, sensoriamento remoto e aprendizado profundo foram os principais campos científicos que estudei. As aplicações da conjunção dessas ciências para analisar a composição da vegetação de ambientes urbanos e naturais na forma de zonas úmidas. Obtivemos resultados empolgantes na aplicação dessas técnicas, ou seja, um F1-score de 91% e um IoU de 73% para a segmentação da vegetação urbana. Além disso, alcançando um máximo de 97% de pontuação F1 para uma espécie de planta específica e 88% de média para todo o conjunto de dados de 11 espécies de plantas de zonas úmidas. Os avanços dos experimentos realizados durante o doutorado abrangem uma ampla gama de sensores, desde veículos aéreos não tripulados (VANT) que produzem dados centimétricos até sensores capazes de produzir grandes mosaicos da terra. Também trabalhamos com uma ampla gama de técnicas de Deep Learning para desenvolver modelos computacionais de de vegetação. Este trabalho de pesquisa e desenvolvimento pode ajudar tecnologicamente a comunidade a melhorar a compreensão do ambiente natural em que vivemos, levando a sistemas ambientais terrestres mais resilientes, sustentáveis e saudáveis.
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Uso de macrófitas do bioma Pantanal em soluções baseadas na natureza para o tratamento de água cinza
Curso Doutorado em Tecnologias Ambientais
Tipo Tese
Data 22/09/2022
Área ENGENHARIA SANITÁRIA
Orientador(es)
  • Paula Loureiro Paulo
Coorientador(es)
  • Nidia Cristiane Yoshida
Orientando(s)
  • Karen Midori Takahashi
Banca
  • Adriana Pereira Duarte
  • Ana Camila Micheletti
  • Carlos Nobuyoshi Ide
  • Fernando Jorge Correa Magalhaes Filho
  • Paula Loureiro Paulo
  • Pedro Neves de Carvalho
Resumo A harmonia paisagística é um fator chave na aplicação de soluções baseadas na natureza (SBN) para proporcionar áreas verdes com um papel crucial das plantas. No contexto dessa tese, as plantas também devem se adaptar e resistir as características da água cinza (AC). As macrófitas aquáticas são uma opção, tendo em vista o potencial ornamental e possibilidade de produção de compostos bioativos, podendo melhorar o desempenho dos sistemas e possibilitando o uso da biomassa para geração de subproduto. O Pantanal é rico em macrófitas aquáticas e é pouco explorado quanto aos estudos de moléculas bioativas. Assim, primeiramente, sete espécies de macrófitas foram selecionadas e avaliadas quanto à ação antimicrobiana contra nove cepas de bactérias. As espécies Ludwigia lagunae e a Polygonum acuminatum foram promissoras, revelando a presença de compostos bioativos nos extratos. Dessa forma, foram selecionadas para avaliar sua adaptabilidade e performance em mesocosmos irrigados com água cinza. Análises de correlação do fotossistema PSII e parâmetros físico-químicos mostraram que mesocosmos irrigados com AC sem suplementação de nutriente exibiram estresse. Valores de oxigênio dissolvido abaixo de 3 mg L-1 para a L. lagunae e temperatura acima dos 27 °C para P. acuminatum foram fatores limitantes para o desenvolvimento. A suplementação de AC com nutrientes resultou num bom crescimento e performance, com remoção média de 85% de demanda química de oxigênio (DQO) para ambos. As L. lagunae irrigadas com AC suplementadas com nutriente ainda mostraram a melhor capacidade de evapotranspiração. Portanto, para uma terceira etapa, testando duas configurações de câmara de evapotranspiração (CEvaT) em escala reduzida, os sistemas foram plantados com L. lagunae, receberam AC e operaram em descarga zero de líquido. Os diferentes sistemas não diferiram na remoção da carga de DQO e de surfactante, com remoção média de 86% e de 94%, respectivamente. Porém, foi observado que a diferença de área entre os sistemas exigiu uma maior alimentação volumétrica e, portanto, de carga para as CEvaTs de maior área. Assim, o uso de CEvaTs plantadas, principalmente com a L. lagunae, espécie em compostos bioativos, podem aumentar a disponibilidade de áreas verde em zonas urbanas e aproveitarem o recurso disponível na AC.
Biogas production from algae and sludges: investigating co-digestion, pretreatment, thermophilic digestion and an integrated cycle (HRAP - AD)
Curso Doutorado em Tecnologias Ambientais
Tipo Tese
Data 08/09/2022
Área ENGENHARIA SANITÁRIA
Orientador(es)
  • Marc Arpad Boncz
Coorientador(es)
  • Mayara Leite Serejo
Orientando(s)
  • Priscila Guenka Scarcelli
Banca
  • Cesar Rossas Mota Filho
  • Edinéia Lazarotto Formagini
  • Gabriel Bastos Braga
  • Gustavo Henrique Ribeiro da Silva
  • Marc Arpad Boncz
  • Paula Loureiro Paulo
  • Paulo Igor Milen Firmino
Resumo Com o crescimento e desenvolvimento populacional, a demanda por energia é crescente, assim como a necessidade de preservação do meio ambiente, visto os impactos causados pelas emissões de gases poluentes provenientes de fontes de energia não renováveis. Esses fatos aumentaram o investimento e desenvolvimento em fontes de energia renovável. A digestão anaeróbia é uma tecnologia eficiente para a produção de energia renovável, na forma de biogás, a partir dos processamentos de diversos tipos de matéria orgânica, incluindo resíduos, além da possibilidade de recuperação de subprodutos de valor agregado. Microalgas, macroalgas e lodo de resíduos gerados em estações de tratamento de esgoto são matérias-primas promissoras para a produção de energia renovável por meio da digestão anaeróbia. Esses substratos são gerados em quantidades cada vez maiores e requerem tratamento adequado antes de serem descartados. O processo de digestão anaeróbia é complexo, envolvendo quatro fases, hidrólise, acidogênese, acetogênese e metanogênese. No geral, a hidrólise da matéria orgânica é frequentemente a fase limitante na digestão. Uma forma de melhorar essa fase e consequentemente o processo da digestão é realizar um pré-tratamento no substrato. Um dos pré-tratamentos mais utilizados é o pré-tratamento térmico. Outra forma de melhorar o rendimento da digestão anaeróbia é realizar a digestão anaeróbia em condições termofílicas. Para determinar as melhores condições de pré-tratamento e digestão, uma série de testes em batelada foi realizada com microalgas, macroalgas e lodo. As condições testadas foram o pré-tratamento a temperatura de 55 ºC, variando a duração (4, 8 e 12 horas), comparado a digestão em condições termofílicas (55 ºC). Verificou-se que a melhor condição de digestão para as microalgas e macroalgas foi realizar um pré-tratamento térmico por 4 horas a uma temperatura de 55 ºC, o que resultou em um aumento de produção de metano de 45% e 41%, respectivamente. Para o lodo ativado, a condição que resultou no maior aumento de produção de metano (86%) foi a digestão em condições termofílicas. Além disso, para o lodo anaeróbio, foi investigado o pré-tratamento térmico em diferentes temperaturas (55 e 95 ºC), relação alimento/microrganismo (0,5; 2,0; 4,0; 6,0 e 8,0 com base nos sólidos voláteis) e duração do pré-tratamento (6, 24, 48 e 72 horas). A melhor condição, considerando a atividade metanogênica específica, foi a relação de alimento/microrganismo de 6,0 e pré-tratamento térmico por 48 horas a temperatura de 95 ºC. Assim como a digestão anaeróbia, a co-digestão anaeróbia, na qual dois ou mais resíduos orgânicos são digeridos simultaneamente, pode melhorar a razão C/N e o equilíbrio de nutrientes, além de aumentar a produção de biogás. Para verificar a eficiência do pré-tratamento junto com a co-digestão, entre microalgas e lodo ativado, foram testadas seis condições de co-digestão variando as proporções de microalga (MA) e lodo ativado (WAS), MA:WAS%, 0:100 (somente lodo ativado), 20:80, 40:60, 60:40, 80:20 e 100:0 (somente MA). Os resultados mostraram que 60% de lodo ativado pode ser co-digerido com as microalgas sem prejudicar a produção de metano. Tradicionalmente, o esgoto doméstico é tratado por sistemas de lodo ativado ou por sistemas de manta de lodo anaeróbio ascendente. No entanto, os sistemas de lodos ativados possuem alto custo por causa da aeração, os sistemas anaeróbios não são eficientes na remoção de nutrientes e ambos os sistemas não removam patógenos e poluentes emergentes de forma satisfatório, criando assim a necessidade do desenvolvimento de novas tecnologias para o tratamento de efluentes domésticos. Os sistemas de microalgas-bactérias são uma opção promissora para o tratamento de efluentes. Normalmente, os sistemas de microalgas-bactérias têm sido implementados como reatores de estágio único, High Rate Algal Ponds (HRAP), porém uma variante recente que visa melhorar a produtividade e eficiência do sistema, é a inclusão de uma unidade anóxica (AX) antes do fotobiorreator (HRAP), denominado de AX-HRAP. Para determinar a eficiência do tratamento de esgoto doméstico, a influência do tempo de retenção hidráulico (TDH), bem com a presença de poluentes emergentes, foi analisada em um sistema integrado AX-HRAP com sedimentação e reciclagem de biomassa juntamente com a digestão anaeróbia da biomassa produzida no sistema e incluindo o melhoramento do biogás. O TDH no fotobiorreator foi inicialmente de 4 dias (estágio I e II) e depois reduzido para 2,5 dias (estágio III). O sistema integrado suportou altas eficiências de remoção de carbono orgânico (98,9 ± 1,1%) e nitrogênio total (90,8 ± 8,0%) durante os três estágios, e com a presença de vários contaminantes presentes no esgoto. A remoção de fósforo foi de 68,4 ± 20,1%, 68,3 ± 20,8% e 53,4 ± 25,0%, nos estágios I, II e III, respectivamente. A sedimentação e recirculação da biomassa resultaram em uma melhor capacidade de sedimentação da biomassa microalgal. Por fim, os resultados revelaram que a suplementação de esgoto doméstico com poluentes emergentes exerceu um impacto mais significativo no conjunto de microalgas do que a diminuição no TDH.
ANÁLISE DE CONTAMINAÇÃO EM REDE DE DISTRIBUIÇÃO DE ÁGUA – Abordagem de intrusão microbiana e formação de trihalometanos
Curso Doutorado em Tecnologias Ambientais
Tipo Tese
Data 08/09/2022
Área ENGENHARIA SANITÁRIA
Orientador(es)
  • Johannes Gerson Janzen
Coorientador(es)
    Orientando(s)
    • Dhiogo Okumoto Macedo
    Banca
    • Edilson Sadayuki Omoto
    • Jamil Alexandre Ayach Anache
    • Jhonatan Barbosa da Silva
    • Johannes Gerson Janzen
    • Manoel Lucas Machado Xavier
    • Paulo José Alves de Oliveira
    • Robert Schiaveto de Souza
    Resumo Falhas nos processos de tratamento, rupturas de tubulações e também ocorrências de baixas pressões podem causar a intrusão de patógenos e contaminações indesejadas nos sistemas de distribuição de água. A manutenção de residuais desinfetantes em redes de distribuição é a última barreira para proteger a saúde pública contra contaminações microbianas. Por outro lado, concentrações elevadas de desinfetantes (ex.: cloro), além de causar odor e paladar na água, favorece a formação de subprodutos da desinfeção (disinfection byproducts – DBPs), os quais podem ocasionar efeitos nocivos à saúde no longo prazo. O monitoramento da qualidade da água por sensores em sistemas de distribuição possibilita alertas antecipados de incidentes de contaminação e nesse sentido as previsões numéricas visam orientar as concessionárias para redefinir estratégias de amostragem mais confiáveis tanto para a confirmação quanto para a amostragem de rotina. Portanto, melhorar a precisão e confiabilidade dos modelos hidráulicos e de qualidade da água para simular a intrusão e a propagação de contaminantes ao longo das redes de distribuição é essencial. O presente trabalho analisou a sensibilidade dos modelos de contaminação em redes de distribuição com relação ao consumo de cloro induzido por contaminação microbiana e também a formação de trihalometanos (THMs) decorrente do decaimento de cloro ao longo do sistema. Os resultados do estudo demonstraram que simuladores computacionais de múltiplas espécies (como EPANET-MSX) podem ser utilizados para modelar a concentração e o consumo de cloro induzido por intrusões de contaminação (E. coli), principalmente para informar valores mínimos da concentração de cloro. Com base na Análise Fatorial, e para os intervalos analisados, verificou-se que a variação da intensidade e da duração da intrusão de contaminante não apresentaram efeitos estatisticamente significativos sobre o Índice de Avaliação de Contaminação na rede (IACrede), bem como o nível de vazão na rede (período de baixo e elevado consumo). Em contrapartida, o coeficiente de formação de THM (αTHM) do modelo investigado é significativamente influenciado pelas condições específicas da água, como a matéria orgânica dissolvida (MOD) e a presença de particulados de ferro. Demonstrou-se assim a viabilidade de predição do consumo de cloro em face a intrusões de contaminação microbiana e a formação de THM consequente ao decaimento de cloro residual em sistemas de distribuição, uma vez conhecidas as características de qualidade da água do sistema específico em questão.
    Geoestatística aplicada à estimativa e espacialização de dados de vazão
    Curso Doutorado em Tecnologias Ambientais
    Tipo Tese
    Data 02/09/2022
    Área ENGENHARIA SANITÁRIA
    Orientador(es)
    • Fabio Verissimo Goncalves
    Coorientador(es)
      Orientando(s)
      • Camila Dourado Machado
      Banca
      • Alisson Andre Ribeiro
      • Antonio Conceicao Paranhos Filho
      • Carlos Nobuyoshi Ide
      • Edwaldo Henrique Bazana Barbosa
      • Fabio Verissimo Goncalves
      • Hugo Koji Suekame
      • Jhonatan Barbosa da Silva
      Resumo Frente à necessidade do conhecimento de parâmetros que definam a qualidade e a quantidade de água disponível em determinado corpo d’água, o grande problema para hidrólogos e demais profissionais que trabalham com recursos hídricos é quanto à obtenção de dados de vazão. Resolver este problema da ausência de dados não é uma tarefa simples, principalmente devido às grandes diferenças de comportamento entre regiões hidrológicas. As técnicas de regionalização incluem diversos tipos de metodologias, desde modelos matemáticos, estatísticos, regressões multivariadas com variáveis explicativas, até modelos geoestatísticos que consideram a proximidade espacial como referência. Não só a predição de dados para locais sem informações é necessária, mas quando falamos em agilidade e confiabilidade, a sistematização de dados em mapas de vazões é de grande valia. Através da geostatística podemos realizar não só a regionalização para locais sem dados, mas também a espacialização dos dados. Esta pesquisa se justifica na necessidade de se resolver o problema da falta de dados de vazão e criar ferramentas confiáveis e que apresentem agilidade para se estimar e visualizar espacialmente estas informações. Propomos aqui uma nova abordagem sobre o estudo da utilização da krigagem como metodologia de regionalização de vazões e ferramenta de espacialização de dados. Focaremos este trabalho em estudar o comportamento deste estimador para gerar mapas de rendimento específico, para vazões máximas, mínimas e médias, tendo como objetivo principal a elaboração de mapas que sirvam como ferramenta de apoio e suporte à decisão na gestão de recursos hídricos.
      Dendrocephalus brasiliensis (Crustacea: Anostraca) hatching egg capacity in different water treatments
      Curso Doutorado em Tecnologias Ambientais
      Tipo Tese
      Data 01/07/2022
      Área ENGENHARIA SANITÁRIA
      Orientador(es)
      • William Marcos da Silva
      Coorientador(es)
      • MAYARA PEREIRA SOARES
      Orientando(s)
      • Angelica Christina Melo Nunes Astolfi
      Banca
      • ADRIANA MARIA GUNTZEL
      • Carlos Nobuyoshi Ide
      • Karla Rejane de Andrade Porto
      • Kennedy Francis Roche
      • Luci Helena Zanata
      • Simone Vieira da Silva
      • William Marcos da Silva
      Resumo A invasão biológica está entre os elementos mais importantes que ameaçam a biodiversidade, isso porque as espécies exóticas alteram a composição e o funcionamento dos ecossistemas, tanto que a invasão de espécies exóticas é considerada a principal causa da perda global de biodiversidade. Considerando como as espécies invasoras representam ameaças signifcativas à biodiversidade local, é necessário desenvolver tecnologias que permitam o uso, inclusive para testes ecotoxicológicos, de espécies nativas. Dendrocephalus brasiliensis (Crustacea: Anostraca) é uma espécie que apresenta potencial econômico, com alto valor nutricional tão importante na aquicultura, e alta sensibilidade a diversas substâncias tóxicas, o que permite seu uso como ferramenta científca em estudos de toxicidade. Portanto, é importante estudar esta espécie e desenvolver novas metodologias que possam viabilizar seu uso em detrimento de espécies exóticas. Assim, esta tese teve como objetivo fornecer uma nova abordagem de como realizar estudos de eclosão para espécies de Dendrocephalus brasiliensis. Avaliar os efeitos do uso de diferentes meios de cultivo, como soluções à base de Dimetilsulfóxido (DMSO), Glicerol, em comparação aos meios tradicionais como Água Natural (NW) e Reconstituída (RW), avaliando seus efeitos na taxa
      de eclosão; também os efeitos de realizar ou não o controle do pH dos meios, assim como, o efeito de tampões salinos sobre a eclosão dos cistos. Os resultados indicam o uso de Água Natural e/ou Reconstituída como meio preferencial para culturas de Dendrocephalus brasiliensis, com meio tamponado (apenas para favorecer a homogeneidade da eclosão) na faixa de 7,3 a 8 (sendo 8 o recomendado na literatura para a espécie), utilizando cistos sem tentativa prévia de quebra de dormência (pré-tratamento). Além disso, automatizar e facilitar o processamento de cistos de Dendrocephalus brasiliensis usando visão computacional como ferramenta. Avaliar a viabilidade de automatizar o reconhecimento e a contagem de cistos usando técnicas de detecção de objetos específcos de domínio com base em visão computacional. Em seguida, treinamos dois métodos de detecção de objetos de última geração, YOLOv3 (You Only Look Once) e Faster R-CNN (Regionbased Convolutional Neural Networks), no conjunto de dados DBrasiliensis, também criado para este estudo, para compará-los nas tarefas de detecção e contagem de cistos. Concluímos que a abordagem proposta usando YOLOv3 é adequada para detectar e contar cistos de Dendrocephalus brasiliensis. Os resultados, fornecidos por este estudo, nos permitiram oferecer considerações importantes que podem ser aplicadas para melhorar os estudos e a produção de Dendrocephalus brasiliensis.
      ANÁLISE DE MODELOS DE FLUXOS DE AR PARA CONFORTO AMBIENTAL ASSISTIDA POR SIMULAÇÃO COMPUTACIONAL EM VOXELS
      Curso Doutorado em Tecnologias Ambientais
      Tipo Tese
      Data 21/05/2022
      Área ENGENHARIA SANITÁRIA
      Orientador(es)
      • Antonio Conceicao Paranhos Filho
      Coorientador(es)
        Orientando(s)
        • ARTHUR EMMANUEL DE MEDEIROS NÓBREGA
        Banca
        • Alisson Andre Ribeiro
        • Antonio Conceicao Paranhos Filho
        • Camila Amaro de Souza
        • Camila Leonardo Mioto
        • Fabrício Bau Dalmas
        • Roberto Macedo Gamarra
        • Thiago Rangel Rodrigues
        Resumo NÓBREGA, A. E. de M. Análise de modelos de fluxos de ar para conforto ambiental assistida por simulação computacional em voxels. 2022. Tese (Doutorado) – Universidade Federal do Mato Grosso do Sul.

        Os modelos de ventilação são apropriados para se projetarem espaços com conforto ambiental. Com base nesses padrões e de acordo com estudos que relacionam o design construído aos aspectos climáticos, as características das construções podem ser orientadas para o aproveitamento dos fluxos de ar trazendo maior adequação ambiental às condições de ocupação humana ao meio construído. O objetivo principal do trabalho reside na simulação computacional dos fluxos de ar sobre os espaços construídos. Esses fluxos são representados em tecnologia de voxels, que consistem em unidades mínimas espaciais capazes de descrever graficamente objetos de volumes esparsos. A visualização dos dados volumétricos servem para analisar o aproveitamento da ventilação nas construções. A consulta à tradição de modelos de conforto ambiental da Princeton University apoia o desenvolvimento deste trabalho no fornecimento de arranjos de ventilação para estudos testados pela simulação em voxels.
        Palavras-chave: dados volumétricos, design construído, ventilação, volumes esparsos.
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        MODELO DE SUPORTE À DECISÃO PARA ADOÇÃO DE ADEQUADAS FONTES DE ENERGIAS ELÉTRICAS RENOVÁVEIS
        Curso Doutorado em Tecnologias Ambientais
        Tipo Tese
        Data 05/05/2022
        Área ENGENHARIA SANITÁRIA
        Orientador(es)
        • Isabel Kaufmann de Almeida
        Coorientador(es)
          Orientando(s)
          • Cássia Monteiro da Silva Burigato Costa
          Banca
          • Albert Schiaveto de Souza
          • Aleska Kaufmann Almeida
          • Antonio Conceicao Paranhos Filho
          • Isabel Kaufmann de Almeida
          • Roberto Macedo Gamarra
          • Robert Schiaveto de Souza
          • William Marcos da Silva
          Resumo A substituição de fontes não renováveis de energia por energias renováveis tem sido amplamente incentivada. Isso se deve a motivos como reduzir a emissão de poluentes, combater as mudanças climáticas e para promover a utilização de fontes inesgotáveis de energia. No entanto, diversos estudos comprovam que a adoção de determinada fonte de energia renovável em local não adequado pode gerar impactos negativos do ponto de vista econômico, social e ambiental. Desta forma, neste estudo foi desenvolvida uma metodologia de análise multicritério, baseada na sustentabilidade, considerando indicadores econômicos, ambientais e sociais, para escolha de adequada fonte de energia elétrica, em diversos países ao redor do mundo. Para tanto, foram selecionadas três fontes de energias renováveis a serem analisadas: eólica, solar e biomassa de restos alimentares, por serem consideradas menos prejudiciais que outras fontes renováveis como as hidrelétricas. As fontes de energia renováveis foram ranqueadas através da análise multicritério. Além disso, os resultados da ACP e do Cluster indicaram uma tendência de países mais desenvolvidos economicamente adorem mais fontes não renováveis de energia e de países emergentes ou em desenvolvimento adorem mais fontes renováveis. Desta forma, a metodologia multicritério adotou o PIB como um fator relevante a ser considerado no ranqueamento. O método é eficaz em analisar critérios diferentes, envolvendo impactos ambientais, sociais e econômicos, para energias diferentes e fornece suporte à tomada de decisão aos gestores governamentais sobre alternativas energéticas renováveis.
          ARTIFICIAL INTELLIGENCE AND REMOTE SENSING IN URBAN HYDROLOGICAL APPLICATIONS
          Curso Doutorado em Tecnologias Ambientais
          Tipo Tese
          Data 03/03/2022
          Área ENGENHARIA SANITÁRIA
          Orientador(es)
          • Jose Marcato Junior
          Coorientador(es)
          • Wesley Nunes Goncalves
          Orientando(s)
          • Thales Shoiti Akiyama
          Banca
          • Ana Paula Marques Ramos
          • Edson Takashi Matsubara
          • JEFERSSON ALEX DOS SANTOS
          • Jonathan de Andrade Silva
          • Jose Marcato Junior
          • Paulo Tarso Sanches de Oliveira
          • Veraldo Liesenberg
          Resumo As inundações urbanas despertam uma grande preocupação, pois ocasionam perdas materiais, econômicas, ambientais, e nas piores situações resultam em mortes de seres vivos. Para lidar com essas questões, abordagens preventivas devem ser implementadas para minimizar tais impactos. Embora existam pesquisas procurando solucionar a questão da inundação em áreas urbanas, são escassos os trabalhos relacionados a técnicas de Deep Learning (DL) para monitorar recursos hídricos. Devido a esta problemática, este trabalho investiga e propõe métodos baseado em DL para monitoramento hídrico. Primeiramente, analisou-se a performance do modelo em segmentação semântica SegNet na delimitação de corpos da água em imagens RGB, apresentando uma acurácia acima de 97%, mostrando que o modelo é adequado para a segmentação de água. Em seguida, introduziu-se uma abordagem automatizada em medições do nível da água combinando DL e fotogrametria, apresentando correlações entre as medidas de referência e a abordagem proposta de 93%. Também analisou-se diferentes configurações para a SegNet avaliando a performance dos modelos para tarefas de generalização na segmentação de diferentes superfícies aquáticas, mostrando que técnicas como transfer learning e fine-tuning melhoraram os resultados. Além disso, mostrou-se que há uma redução na acurácia da segmentação quando se reduz a quantidade de imagens rotuladas utilizadas no treinamento da rede. Por fim, analisou-se a performance do modelo Space-Time Correspondence Network (STCN) na segmentação da água baseado em estruturas de vídeos, no qual os resultados mostram que o modelo é acurado em delimitar os contornos de um corpo da água em diferentes situações. A maior contribuição deste estudo é a otimização das informações relativas a um corpo de água utilizando técnicas diferentes dos sistemas tradicionais de medição.
          Vegetation Hydrodynamics Applied to Vegetation Patch Growth, Transient Storage Zone and Water Treatment
          Curso Doutorado em Tecnologias Ambientais
          Tipo Tese
          Data 24/02/2022
          Área ENGENHARIA SANITÁRIA
          Orientador(es)
          • Johannes Gerson Janzen
          Coorientador(es)
            Orientando(s)
            • Taís Natsumi Yamasaki
            Banca
            • Fernando Jorge Correa Magalhaes Filho
            • Johannes Gerson Janzen
            • Juliana Dorn Nobrega
            • Manoel Lucas Machado Xavier
            • Paulo Tarso Sanches de Oliveira
            • Teodorico Alves Sobrinho
            • Tobias Bernward Bleninger
            Resumo A tese está organizada da seguinte forma.

            O Capítulo 1 é a Introdução, onde a motivação, questões da pesquisa e objetivos específicos da tese são descritos.

            No Capítulo 2, utilizamos experimentos de laboratório para estudar o crescimento de manchas de vegetação aquática. Estudos anteriores haviam mostrado que as manchas conseguem interagir de forma hidrodinâmica umas com as outras, gerando padrões de escoamento que se diferenciam do padrão para uma única mancha. Aqui, o crescimento da vegetação foi associado com regiões de maior deposição de sedimento. Duas manchas postas lado a lado foram construídas com arranjos de cilindros rígidos em um canal hidráulico, e as características do escoamento foram definidas de forma a imitar as condições encontradas em córregos de planície. Cada rodada de experimentos representou um ciclo de crescimento, no qual novos cilindros foram adicionados nas regiões de deposição elevada. A interação hidrodinâmica entre as manchas promoveu três novos caminhos para um potencial crescimento da vegetação: (1) aumento na deposição de sedimentos na linha de centro do par de manchas, a jusante da esteira estacionária de cada mancha, o que resultou na junção lateral das manchas; (2) aumento na distância longitudinal de deposição elevada, atrás de cada mancha do par, quando comparada com a deposição atrás de uma única mancha; e (3) deposição aumentada nas borda externa das manchas, indicando que elas conseguem se expandir lateralmente.

            No Capítulo 3, nós vamos da pesquisa básica para uma aplicação de engenharia de vegetação aquática. Oferecemos novas recomendações de design de wetlands flutuantes de tratamento (FTWs), demonstrando como o arranjo de FTWs pode ser usado para aumentar a capacidade dos FTWs em remover poluentes, melhorando assim a qualidade da água de um canal. Adicionalmente, exploramos como o comprimento das raízes impacta a eficiência de remoção. Dado que FTWs podem ser configurados em diferentes formatos, focamos em FTWs que se estendem ao longo da largura do canal, arranjando-os em série. Exploramos o tradeoff entre aumentar a distância entre FTWs, o que melhora a mistura do escoamento, elevando a concentração de poluentes e, portanto, o potencial de remoção para o próximo FTW em série, mas diminui o número de FTWs no canal; e vice-versa (reduzindo a distância entre FTWs para acomodar mais FTWs no canal, sob o custo de empobrecer a mistura do escoamento e a disponibilidade de poluentes entre FTWs). As simulações numéricas mostraram que aumentar a distância entre FTWs reduziu a remoção total de massa no sistema, mas aumentou a remoção por FTW. Também exploramos o caso de um FTW contínuo de mesmo volume de vários FTWs em série, a fim de avaliar a importância do espaçamento na melhora da mistura do escoamento entre FTWs e na remoção de massa. Sem espaçamentos, o FTW contínuo removeu menos massa devido à mistura ter sido menor.

            Por fim, no Capítulo 4 nós concluímos a tese e discutimos ideias para estudos potenciais que dela podem derivar.
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              Strategies for a sustainable land use in the Brazilian Cerrado
              Curso Doutorado em Tecnologias Ambientais
              Tipo Tese
              Data 21/02/2022
              Área ENGENHARIA SANITÁRIA
              Orientador(es)
              • Paulo Tarso Sanches de Oliveira
              Coorientador(es)
                Orientando(s)
                • Carina Barbosa Colman
                Banca
                • Divino Vicente Silvério
                • Dulce Buchala Bicca Rodrigues
                • Fabio de Oliveira Roque
                • Jamil Alexandre Ayach Anache
                • Johannes Gerson Janzen
                • Jose Marcato Junior
                • Paulo Tarso Sanches de Oliveira
                Resumo As mudanças do uso e cobertura do solo têm se intensificado no Cerrado brasileiro. Os rumos da perda de vegetação nativa, as estratégias de conservação e o avanço das fronteiras agrícolas são pouco conhecidos e devem ser investigados. É fundamental compreender a dinâmica do uso e cobertura do solo diante o aumento da demanda global por alimentos e a necessidade de conservação dos serviços ecossistêmicos. O objetivo desta tese é fornecer melhor orientação para o uso do solo, visando um uso sustentável e eficiente no bioma que mais cresce em produção agrícola no país. A avaliação dos drivers de perda de vegetação mostrou que a distância a rios, estradas e cidades, potencial agrícola, agricultura permanente e anual e pecuária levam à maiores perdas de vegetação nativa, enquanto áreas protegidas evitam essa perda. Verificou-se que o modelo de perda de vegetação nativa é capaz de reproduzir perdas de vegetação a médio e longo prazo. Além disso, vimos que as perdas de vegetação ocorrem, principalmente, dentro de grandes propriedades. Através da projeção de cenários de produção e conservação, verificou-se que a criação de áreas protegidas, protege mais a vegetação nativa do que o aumento da reserva legal e que a eliminação da reserva legal causaria maior perda de vegetação do que a eliminação das áreas protegidas. Concluiu-se que as propriedades privadas são essenciais para o planejamento eficiente do uso e cobertura do solo. Os resultados desta tese de doutorado são importantes para orientar o estudo de uso e ocupação sustentável do bioma Cerrado, criação de novos produtos e, auxiliar os tomadores de decisão no planejamento territorial em como arbitrar as demandas territoriais visando o uso racional dos recursos naturais do Cerrado.
                Modelo para estimativa de tempo de concentração em bacia hidrográfica não-urbana de região tropical
                Curso Doutorado em Tecnologias Ambientais
                Tipo Tese
                Data 08/09/2021
                Área ENGENHARIA SANITÁRIA
                Orientador(es)
                • Sandra Garcia Gabas
                Coorientador(es)
                  Orientando(s)
                  • Aleska Kaufmann Almeida
                  Banca
                  • Albert Schiaveto de Souza
                  • Antonio Conceicao Paranhos Filho
                  • Camila Leonardo Mioto
                  • Jorge Luiz Steffen
                  • Kennedy Francis Roche
                  • Robert Schiaveto de Souza
                  • Sandra Garcia Gabas
                  Resumo O tempo de concentração (Tc) é parâmetro essencial para o entendimento da dinâmica que envolve, desde a precipitação até o escoamento da bacia hidrográfica. A precisão na estimativa de Tc é necessária em diversos modelos hidrológicos e indispensável para o correto dimensionamento de estruturas hidráulicas. Tc é um valor específico e representa a condição hidráulica no estado estacionário formada na bacia hidrográfica. No Brasil, os métodos empíricos ou semi-empíricos de estimativa de Tc, geralmente utilizados, não foram desenvolvidos e verificados usando dados locais. No entanto, a estimativa precisa de Tc é importante, tendo em vista sua aplicação nos diferentes ramos de estudo que se valem da caracterização do escoamento superficial. Dessa forma, fazem-se necessários estudos, na área de modelagem hidrológica, que proporcionem o conhecimento da dinâmica do escoamento em regiões de clima tropical. Assim, tendo em vista a importância da correta estimativa de Tc em estudos envolvendo recursos hídricos, justifica-se a realização deste trabalho, que tem como objetivo principal o desenvolvimento de modelo para estimativa de Tc em bacias hidrográficas não-urbanas de região tropical, a partir de suas características fisiográficas e de eventos monitorados de chuva-vazão. Dessa forma, foi desenvolvido um modelo para a estimativa de Tc para bacias não-urbanas de região de clima tropical que apresentam, majoritariamente, solos com tendência alta a muito alta produção de escoamento superficial. O modelo possui como variáveis de entrada a área, o comprimento do talvegue principal e a intensidade média da precipitação da bacia. Adicionalmente, foi realizada robusta revisão bibliográfica na qual o emprego do tempo de concentração aplicado ao escoamento superficial ao redor do mundo foi avaliado e, a partir da mesma, foram compiladas 125 equações desenvolvidas por pesquisadores de todo o mundo para estimativa de Tc.
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                    Towards a better understanding of catchment hydrology in Brazil
                    Curso Doutorado em Tecnologias Ambientais
                    Tipo Tese
                    Data 03/09/2021
                    Área ENGENHARIA SANITÁRIA
                    Orientador(es)
                    • Paulo Tarso Sanches de Oliveira
                    Coorientador(es)
                      Orientando(s)
                      • André Almagro
                      Banca
                      • Edson Cezar Wendland
                      • Jamil Alexandre Ayach Anache
                      • Jose Marcato Junior
                      • Marcos Heil Costa
                      • Noemi Vergopolan
                      • Paulo Tarso Sanches de Oliveira
                      • Walter Collischonn
                      Resumo A hidrologia de bacias no Brasil ainda é pouco explorada. O comportamento hidrológico, similaridades e funcionamento das bacias hidrográficas brasileiras são desconhecidos e devem ser investigados. É importante compreender os processos hidrológicos e as respostas às mudanças no clima para aumentar a capacidade de adaptação aos extremos hidrológicos. O principal objetivo desta tese de doutorado é aprimorar a compreensão da hidrologia de bacias no Brasil. A avaliação de GCMs/RCMs mostrou uma boa concordância (viés até 10%) das simulações anuais dos produtos downscaled sobre a Amazônia e Cerrado e grandes vieses (até 40%) no Pampa. Verificou-se que o modelo HadGEM2-ES é capaz de reproduzir médias de longo prazo para grandes áreas e que o Eta RCM melhorou as simulações do modelo MIROC5. Construiu-se o CABra, que é um conjunto de dados de longo prazo para 735 bacias hidrográficas brasileiras. Os resultados da avaliação dos produtos de sensoriamento remoto mostraram que eles são melhores que o ERA5 na estimativa da chuva. A vazão e assinaturas hidrológicas são mais bem estimadas com o SM2RAIN-ASCAT e GPM+SM2RAIN. A classificação das bacias mostrou a existência de seis grupos de bacias: “não-sazonais”, “secas”, “floresta tropical”, “savana”, “extremamente seca” e “extremamente úmida”. A vazão nos grupos é controlada principalmente pelo índice de aridez. Os resultados desta tese de doutorado fornecem material de referência para impulsionar o estudo de hidrologia de bacias, exploração de novas hipóteses e, assim, avançar a compreensão do comportamento hidrológico das bacias.
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                      O Pantanal e Geotecnologias Livres na Análise da Paisagem de Áreas Úmidas Continentais
                      Curso Doutorado em Tecnologias Ambientais
                      Tipo Tese
                      Data 02/09/2021
                      Área ENGENHARIA SANITÁRIA
                      Orientador(es)
                      • Antonio Conceicao Paranhos Filho
                      Coorientador(es)
                        Orientando(s)
                        • Cesar Claudio Caceres Encina
                        Banca
                        • Alencar Garcia Bacarji
                        • Alisson Andre Ribeiro
                        • Antonio Conceicao Paranhos Filho
                        • Claudia Goncalves Vianna Bacchi
                        • Helen Rezende de Figueiredo
                        • Marco Antonio Diodato
                        • Roberto Macedo Gamarra
                        Resumo As áreas úmidas exercem um importante papel na manutenção dos ciclos hidrológicos e
                        biogeoquímicos, geram diferentes serviços ambientais e abrigam grande parte da
                        biodiversidade mundial. A mudança do ciclo hidrológico, a exploração intensa dos
                        recursos naturais e a poluição, além da pecuária e agricultura são atividades que vem
                        ameaçando a integridade das áreas úmidas, ocasionando a alteração da cobertura do
                        solo. O conhecimento da dinâmica das áreas úmidas é relevante para a sua gestão
                        efetiva, uma vez que a população que habita nesses ambientes depende dos bens e
                        serviços ambientais gerados, contribuindo para o bem estar humano. O avanço das
                        geotecnologias tem permitido a obtenção rápida e confiável de resultados sobre os
                        processos ocorridos na superfície terrestre. Visando promover, por meio das
                        geotecnologias, a discussão acerca da conservação do Pantanal por meio do
                        reconhecimento da cobertura do solo e assim avaliar a eficácia das Unidades de
                        Conservação já existentes no amparo a estabilidade do meio ambiente, a presente tese é
                        dividida em quatro capítulos. O primeiro capítulo tem como objetivo analisar a
                        produção científica relacionada ao uso das geotecnologias em áreas úmidas continentais
                        Foram consultados artigos sobre o uso de geotecnologias em áreas úmidas continentais
                        (Pantanal, Chaco e Llanos) nas bases SCOPUS e Web of Science. De acordo com a
                        análise dos resultados, conclui-se que Brasil e Argentina apresentaram as maiores
                        ocorrências de citação e publicação de artigos referente ao uso de Geotecnologias na
                        análise de áreas úmidas continentais. O sensoriamento remoto é a geotecnologia mais
                        utilizada nos trabalhos mediante o uso de imagens Landsat e MODIS. A técnica de
                        sensoriamento mais utilizada é o NDVI, os temas de estudo mais frequentes estão
                        relacionados com a análise de recursos hídricos e a cobertura vegetal. O segundo
                        capítulo tem como finalidade verificar a necessidade de aplicação da técnica de correção
                        atmosférica em imagens de satélite para a sua classificação e os seus efeitos sobre a
                        resposta espectral da cobertura do solo. A partir de imagens Landsat 8, sensor OLI, foi
                        realizada a identificação e delimitação da cobertura do solo através do “fatiamento” dos
                        valores de NDVI em intervalos de classe. Em seguida foi realizada uma análise
                        comparativa das classificações geradas sobre as imagens NDVI das estações seca e
                        chuvosa, com e sem correção atmosférica. A partir dos resultados analisados, conclui-se
                        que a correção atmosférica contribui com o aumento dos valores de NDVI, sendo mais
                        evidente nas imagens da estação chuvosa. O aumento na amplitude dos valores de
                        NDVI implica numa maior dispersão dos valores, o que traz um maior nível de riqueza
                        de valores e possivelmente uma determinação mais fina dos limiares entre as faixas
                        NDVI que separam os diferentes tipos de cobertura, além da possibilidade de mais
                        níveis de contraste entre as diferentes coberturas. O terceiro capítulo consiste em
                        analisar a eficiência das Unidades de Conservação como instrumento na conservação e
                        preservação ambiental do Pantanal. Foi realizado o levantamento e análise de dados
                        secundários provenientes principalmente de trabalhos acadêmicos publicados em
                        periódico indexado, oriundos de trabalhos de conclusão de curso, dissertação de
                        mestrado e tese de doutorado realizados por acadêmicos em parceria com o Laboratório12
                        de Geoprocessamento para Aplicações Ambientais. A partir da análises dos dados
                        secundários, conclui-se que as Unidades de Conservação vêm exercendo seu papel de
                        forma eficiente. As áreas protegidas analisadas exercem papel de destaque na
                        preservação da biodiversidade do Pantanal ao proteger os recursos ambientais
                        associados à fauna e à flora, contribuindo com a manutenção dos processos ecológicos e
                        qualidade dos serviços ambientais. Por fim, o quarto capítulo da presente tese tem como
                        objetivo analisar a variação da cobertura do solo da planície pantaneira da década de
                        1970 a 2018. Foram adquiridas, de forma gratuita, imagens Landsat, sensor MSS, da
                        década de 1970 em consulta ao catálogo de imagens de sites como o Instituto Nacional
                        de Pesquisas Espaciais (INPE), e United States Geological Survey (USGS), totalizando
                        14 cenas, de maneira que cubra toda a extensão do Pantanal. Referente aos dados
                        MODIS, foram adquiridas duas cenas no site da USGS. Sobre as imagens adquiridas,
                        foi realizado o cálculo do NDVI (Índice de Vegetação por Diferença Normalizada).
                        Após efetuar o cálculo do NDVI, foi realizada a identificação e delimitação da cobertura
                        do solo através do “fatiamento” dos valores do índice de vegetação em intervalos de
                        classe. Em seguida, foi realizada uma análise comparativa do quantitativo de cobertura
                        do solo entre as imagens dos anos 70 e 2018, geradas sobre as imagens NDVI. Os
                        resultados mostraram o aumento da pressão antrópica do Pantanal, evidenciado pelo
                        aumento da fragmentação da cobertura vegetal arbóreo-arbustiva nas porções norte,
                        nordeste, borda leste e parte da região central. A perda de vegetação arbóreo-arbustiva
                        ocasiona a diminuição da retenção de umidade, o que aumenta a probabilidade de
                        ocorrência de fogo na região. Os resultados não corroboram estudos que relatam que o
                        Pantanal apresenta cerca de 90% da sua cobertura vegetal preservada.

                        Palavras-chave: Pantanal brasileiro, Áreas protegidas, Geoprocessamento, Landsat,
                        MODIS
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                          Role of microalgae-bacteria symbiosis in the disinfection and removal of emerging contaminants in domestic wastewater
                          Curso Doutorado em Tecnologias Ambientais
                          Tipo Tese
                          Data 30/06/2021
                          Área ENGENHARIA SANITÁRIA
                          Orientador(es)
                          • Marc Arpad Boncz
                          Coorientador(es)
                            Orientando(s)
                            • Graziele Ruas Lagôas da Silva
                            Banca
                            • Cesar Rossas Mota Filho
                            • Edinéia Lazarotto Formagini
                            • Gabriel Bastos Braga
                            • Gustavo Henrique Ribeiro da Silva
                            • Marc Arpad Boncz
                            • Paula Loureiro Paulo
                            • Paulo Igor Milen Firmino
                            Resumo O crescimento populacional e desenvolvimento industrial pressionam os recursos hídricos demandando grande quantidade de água potável e exigindo que os sistemas de tratamento de efluentes sejam ampliados em volume e eficiência de tratamento. O tratamento adequando dos efluentes gerados em diferentes atividades garantem o acesso a água de qualidade, diminuindo os custo de tratamento para potabilização e prevenindo o impacto da presença de patógenos e poluentes emergentes no meio ambiente. O tratamento e disposição inadequados dos efluentes domésticos aumenta os riscos de transmissão de doenças de veiculação hídrica, degrada as águas superficiais e subterrâneas e é apontado como fator de desenvolvimento, seleção e distribuição de bactérias e genes multirresistentes a antibióticos. Os poluentes emergentes são uma nova classe de poluentes que engloba fármacos, produtos de cuidado pessoal, hormônios, preservativos, plastificantes e metais pesados, encontrados em baixas concentrações (ng L-1 a mg L-1) em efluentes e águas superficiais, e podem impactar o meio ambiente e a saúde humana. Os sistemas convencionais de tratamento de efluente não são eficientes para remoção de patógenos e poluentes emergentes, seja pelos altos custos dos processos mais avançados ou pela geração de subprodutos tóxicos, mais persistentes e com maior risco ao meio ambiente e a saúde humana, assim surge a necessidade do desenvolvimento de novas tecnologias para o tratamento de efluentes domésticos. Os sistemas microalgas-bactérias são uma das mais promissoras opções para o tratamento de efluentes, sendo capaz de remover nutrientes, matéria orgânica, patógenos e poluentes emergentes, tendo como principal fonte de energia a luz solar e produzindo biomassa que pode ser aproveitada como fertilizante ou substrato para produção de biogás. Dentre as configurações mais utilizadas para o tratamento e biorremediação de efluentes emergentes destacam-se os reatores do tipo High Rate Algal Ponds (HRAP) e variantes, pois apresentam baixos custos de construção e manutenção, tem menor tempo de detenção hidráulica que as lagoas convencionais e são capazes de efetuar o tratamento primário, secundário e terciário simultaneamente. A variante mais recente é a inclusão de uma unidade anóxica (AX) antes do fotobiorreator (HRAP), denominado de AX-HRAP, melhorando a produtividade, a capacidade de biorremediação e a eficiência do sistema. Afim de determinar a capacidade e os mecanismos atuantes na remoção de bactérias patógenas e poluentes emergentes em sistemas microalgas-bactérias foram realizados testes em batelada e reatores piloto. Nos testes em batelada foi avaliada a influência das microalgas e lodos ativados, da adição de CO2 ou O2, do tipo de fotoperíodo e do tipo de microalga presente na remoção de diferentes bactérias patogênicas (Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosas, Clostridium perfringens, Staphylococcus sp. e Enterococcus sp). Sendo determinado que a simbiose microalgas- bactérias ofereceu a melhor condição para remoção dessas bactérias patogênicas. O gênero de microalga presente influenciou significativamente a eficiência de desinfeção, e o fotoperíodo de 24 h, que demanda constante iluminação artificial, não é vantajoso para desinfecção. Já nos testes pilotos a eficiência de remoção das bactérias patogênicas foi testada sob diferentes tempos de detenção hidráulica, regimes de alimentação e suplementação de CO2, concluindo- se que a adição de CO2 e diferentes tempos de detecção hidráulica não influenciam a remoção de Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosas, Clostridium perfringens, Staphylococcus sp. e Enterococcus sp., mas que o regime de alimentação pode afetar significativamente a remoção de Escherichia coli, diminuindo a eficiência, e o sombreamento pode melhorar a remoção de Staphylococcus sp. Onde principal mecanismos atuante na remoção dessas bactérias patogênicas é a produção de toxinas e substancias antibióticas pelas microalgas. Por outro lado a remoção dos poluentes emergentes foi avaliada em sistema AX-HRAP, seguido por reator anaeróbio sob diferentes tempos de detenção hidráulica, sendo alcançadas taxas de remoção acima de 40% para todos os 16 poluentes emergentes testados no reator AX-HRAP nos tempos de detenção hidráulica testados, ocorrendo principalmente por biodegradação. A biomassa gerada no sistema AX-HRAP permitiu subsequencial produção de biogás (bioenergia). Assim, o sistema microalgas-bactérias, configurações HRAP e AX-HRAP, mostrou-se viável para tratamento de efluentes domésticos, alcançando alta eficiência na remoção de bactérias patogênicas e poluentes emergentes, podendo operar como sistema primário, secundário e terciário em estações de tratamento de efluentes (ETEs).
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                              Modelagem de Sistemas Ambientais: integrando geotecnologias e geoestatística
                              Curso Doutorado em Tecnologias Ambientais
                              Tipo Tese
                              Data 02/02/2021
                              Área ENGENHARIA SANITÁRIA
                              Orientador(es)
                              • Antonio Conceicao Paranhos Filho
                              Coorientador(es)
                                Orientando(s)
                                • Alesson Pires Maciel Guirra
                                Banca
                                • Antonio Conceicao Paranhos Filho
                                • Camila Leonardo Mioto
                                • Helen Rezende de Figueiredo
                                • Luciana Escalante Pereira
                                • Marco Antonio Diodato
                                • Vinícius de Oliveira Ribeiro
                                Resumo As geotecnologias são importantes ferramentas de análise espacial, dando suporte à decisão ao permitirem a análise de fenômenos ambientais irregularmente distribuídos no espaço geográfico. O primeiro capítulo desse trabalho apresenta uma revisão bibliográfica sobre o uso de geotecnologias aplicadas ao planejamento de cidades médias, consultando o banco de dados de periódicos da Scopus. No segundo capítulo se aborda a implantação de uma rotina metodológica para espacializar o risco intrínseco à contaminação por pesticidas em corpos hídricos e determinar pontos de monitoramento, essa rotina é de baixo custo e visa suprir a carência de dados hidrogeológicos consistentes em determinadas regiões do Brasil. No terceiro capítulo é apresentada uma técnica de otimização e aplicação do índice de vulnerabilidade intrínseca dos aquíferos à poluição (IVIAP), adaptando e atualizando a rotina de obtenção deste índice baseado em evidências recentes sobre a infiltração e recarga dos aquíferos no bioma Cerrado. No quarto capítulo se determina a melhor fonte de imagens multiespectrais de média resolução e gratuitas para diagnosticar processos hidrodinâmicos em zona de perturbação de barragem tropical. No quinto capítulo foi realizada revisão integrativa sobre o carste no Mato Grosso do Sul, avaliado atributos geológico-ambientais por localização que condicionam à ocorrência de cavidades naturais, além de verificado a possibilidade de prever o número de cavidades por métodos de regressão linear simples e múltipla e investigar se há autocorrelação espacial com alguns destes atributos. No sexto e último capitulo é explorado o Modelo Empírico do Potencial Hídrico Subterrâneo (MEPHS), bem como os temas a ele associados em relação às surgências, cavidades e nascentes, além da aplicação do método de avaliação da vulnerabilidade à contaminação de aquíferos (GOD), verificando sua relação com o MPHS. É também proposto um método de estimativa do nível estático a partir de do MEPHS, cota dos poços e a superfície do nível d‟água interpolada pelo método Spline.
                                Improving urban flood resilience
                                Curso Doutorado em Tecnologias Ambientais
                                Tipo Tese
                                Data 08/12/2020
                                Área ENGENHARIA SANITÁRIA
                                Orientador(es)
                                • Paulo Tarso Sanches de Oliveira
                                Coorientador(es)
                                  Orientando(s)
                                  • Tiago Souza Mattos
                                  Banca
                                  • Dulce Buchala Bicca Rodrigues
                                  • Eduardo Mario Mendiondo
                                  • Fernando Mainardi Fan
                                  • Jose Goes de Vasconcelos Neto
                                  • Murilo Cesar Lucas
                                  • Paulo Tarso Sanches de Oliveira
                                  • Teodorico Alves Sobrinho
                                  Resumo Inundações em áreas urbanas devido a chuvas intensas tem causado perdas materiais,
                                  econômicas, ambientais e humanas em vários lugares do mundo. A combinação das mudanças
                                  climáticas com o aumento da urbanização traz grandes desafios para o planejamento e gestão
                                  das cidades, visto que são considerados os principais responsáveis pelo aumento do risco de
                                  inundações nas áreas urbanas. Portanto, é necessário melhorar a resiliência de áreas urbanas a
                                  eventos de inundação. Assim, o principal objetivo do estudo apresentado nesta tese de
                                  doutorado foi avaliar e desenvolver técnicas para melhorar a resiliências das áreas urbanas a
                                  eventos de inundação. Para isso, no capítulo 1, avaliou-se como a utilização de práticas de
                                  desenvolvimento urbano de baixo impacto (LIDs) afetam a resiliência do sistema de drenagem
                                  de águas pluviais considerando cenários de mudança climática. A resiliência do Sistema de
                                  drenagem foi quantificada por meio de um índice de resiliência. Os resultados indicam que o
                                  aumento pico de vazão do escoamento pode ser mitigado de forma satisfatória usando
                                  combinações de diferentes tipos de LIDs. Em geral, as combinações de LIDs apresentaram
                                  redução do pico de escoamento superior a 20%, e a melhor combinação apresentou redução de
                                  até 46%. Os dados de radar meteorológico são úteis em modelos chuva-vazão usados em
                                  estudos de inundações urbanas. Assim, no capítulo 2, desenvolvemos uma nova abordagem de
                                  correção de viés com base no método de correspondência utilizando funções de distribuição
                                  Acumulada (CDF) que se concentra em corrigir as estimativas de precipitação do radar
                                  considerando eventos diários, horários e sub horários. Os resultados mostraram que o índice de
                                  eficiência de Nash-Sutcliffe (NSE) aumentou de 0,11 para 0,63 e o erro médio absoluto (MAE)
                                  diminuiu de 11,66 para 6.97 mm após a aplicação do método. Esses resultados indicam que
                                  houve uma melhora significativa nas estimativas de precipitação do radar. Além disso, no
                                  capítulo 3, um Sistema de Suporte a Decisão acoplado a um aplicativo é usado para desenvolver
                                  um sistema de alerta de inundações. O aplicativo foi desenvolvido para permitir a visualização
                                  de manchas de inundação, o nível d’água em seções específicas e enviar mensagens de alerta à
                                  população. Os resultados encontrados nesta tese de doutorado são informações muito úteis para
                                  a tomada de decisão tanto do poder público quanto da população de forma a aumentar a
                                  resiliências de áreas urbanas a eventos de inundação.
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                                  Erosão hídrica e infiltração de água em diferentes sistemas de manejo de solo e cultivos.
                                  Curso Doutorado em Tecnologias Ambientais
                                  Tipo Tese
                                  Data 03/12/2020
                                  Área ENGENHARIA SANITÁRIA
                                  Orientador(es)
                                  • Teodorico Alves Sobrinho
                                  Coorientador(es)
                                    Orientando(s)
                                    • Nelson Otavio da Motta Vieira
                                    Banca
                                    • Alexandre Romeiro de Araujo
                                    • Bruno Bernardo dos Santos
                                    • Frederico Terra de Almeida
                                    • Jamil Alexandre Ayach Anache
                                    • Jhonatan Barbosa da Silva
                                    • Paulo Tarso Sanches de Oliveira
                                    • Teodorico Alves Sobrinho
                                    Resumo O crescimento populacional impulsiona o aumento do consumo e consequentemente da demanda por produção agrícola. Porém, o setor agropecuário tem sido considerado vilão no que diz respeito ao consumo de água. Quando questionam o consumo de água na criação de gado, em geral, não são mencionados fatores tais como o potencial de infiltração e evapotranspiração. Para responder este questionamento serão necessários estudos relativos a tais fatores. A proposta deste trabalho é avaliar se há a influência de sistema de cultivo e de manejo de solo na infiltração de água no solo. Tomamos por hipótese que a cobertura vegetal na superfície, em associação com sistemas de pastejo e de cultivo, de produção integrada de rotação lavoura, pecuária e floresta, altera as perdas de solo e água e a taxa de infiltração de água no solo. Avaliamos potenciais de correlações entre atributos do solo e das taxas de infiltração e o desempenho de modelos de taxas de infiltração. Analisando os modelos de Kostiakov-Lews, Horton e Philip, observamos que o de Philip apresenta melhor desempenho, seguido pelo Horton e por último o Kostiakov-Lews para estimativa da taxa de infiltração. Porém, o modelo Kostiakov-Lews é vantajoso por ser semiempírico e mais simples que o de Horton. Propomos um modelo inovador, de conversão em taxas de infiltração com cobertura vegetal em taxas de infiltração sem cobertura e vice verso. O modelo proposto tomou como base o modelo Kostiakov-Lewis, apresentando desempenho semelhante a outros modelos de conversão, sendo eficaz em qualquer sistema de plantio e cobertura vegetal.
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                                    Avaliação dos processos hidrológicos e sedimentológicos de uma bacia hidrográfica
                                    Curso Doutorado em Tecnologias Ambientais
                                    Tipo Tese
                                    Data 13/03/2020
                                    Área ENGENHARIA SANITÁRIA
                                    Orientador(es)
                                    • Fabio Verissimo Goncalves
                                    Coorientador(es)
                                      Orientando(s)
                                      • Hugo Koji Suekame
                                      Banca
                                      • Antonio Conceicao Paranhos Filho
                                      • Carlos Nobuyoshi Ide
                                      • Fabio Verissimo Goncalves
                                      • Glauber Altrao Carvalho
                                      • Hugo Henrique de Simone Souza
                                      • Jonas de Sousa Correa
                                      • William Marcos da Silva
                                      Resumo A dinâmica dos escoamentos naturais, analisada desde a perspectiva da hidráulica fluvial, ganha destaque devido à influência exercida pela água sobre os sedimentos, seja no leito ou nas margens. Dessa forma, o movimento dos sedimentos depende das características do escoamento e configura um complexo sistema com interação permanente. Porém, a determinação direta do transporte de sedimentos requer um tempo exaustivo e um custo elevado.Assim, são empregadas formas indiretas baseadas nas características do sedimento e nos parâmetros hidráulicos. Portanto, o objetivo fundamental deste trabalho é avaliar os processos hidrológicos e sedimentológicos empregando técnicas mais precisas e de menor custo, em especial a modelagem computacional, com vistas a melhorar a eficiência e a precisão dos resultados. Deseja-se também aplicar uma técnica de estimativa de concentração de sedimentos em suspensão através do uso de Acoustic Doppler Current Profiler correlacionado com a amostragem mecânica. Foi possível calibrar o modelo hidrológico com o valor de Nash-Sutcliffe de 0,64 no seu exutório e isso possibilitou a realização de cenários até 2050 com alteração do uso e ocupação do solo e mudança climática. Baseado na concentração de sedimento em suspensão coletada no rio Taquari, foi possível calcular a descarga sólida anual e calibrar o modelo sedimentológico (InVEST-SDR) com o erro relativo de 0,28%. Esse cálculo também possibilitou vislumbrar cenários com alterações do uso e ocupação do solo. Com medições do Acoustic Doppler Current Profiler e amostragem de sedimentos em suspensão, obteve-se um fator de correlação entre as medidas de R² de 0,84 que, com a metodologia proposta, é capaz de obter resultados satisfatórios do transporte de sedimento. A partir da realização desta pesquisa, possibilita-se traçar estratégias para uma melhor tomada de decisão na gestão da bacia hidrográfica.
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