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TRABALHO Ações
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
            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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                      Modelos hidrológicos para estimativa de vazões e impacto de mudanças na ocupação do solo sobre a disponibilidade hídrica
                      Curso Doutorado em Tecnologias Ambientais
                      Tipo Tese
                      Data 19/07/2023
                      Área ENGENHARIA SANITÁRIA
                      Orientador(es)
                      • Teodorico Alves Sobrinho
                      Coorientador(es)
                        Orientando(s)
                        • Diego Adania Zanoni
                        Banca
                        • ANDRÉ ALMAGRO
                        • Daniel Fonseca de Carvalho
                        • Dulce Buchala Bicca Rodrigues
                        • Frederico Terra de Almeida
                        • Jamil Alexandre Ayach Anache
                        • Maria Clara Fava
                        • Teodorico Alves Sobrinho
                        Resumo As mudanças de uso e ocupação do solo vêm sendo intensificada pelo crescimento populacional, urbanização e atividades agrícolas. Essas mudanças podem ter impacto significativo no ciclo hidrológico, incluindo a variação da disponibilidade hídrica. As mudanças estão acontecendo na fronteira agrícola brasileira, esse ecótono Cerrado-Amazônia possui características únicas e muito frágeis a mudanças de temperatura e disponibilidade hídrica. Essa região está passando por substituição de áreas de floresta nativa por pastagem e agricultura. Tais mudanças estão impactando o ciclo hidrológico da região, que pode culminar em disputa pelo direito de uso da água entre as partes de interesse: agricultura, geração de energia e consumo humano. Diante deste cenário, utilizamos ferramentas de modelagem de bacias hidrológicas para avaliar se há impactos de mudanças na cobertura florestal, uso e ocupação do solo, sobre a disponibilidade hídrica. Usamos os modelos SWAT e MISDc para fazer a simulação da vazão da bacia. Em seguida, com o modelo SWAT, fizemos a mudança de uso e ocupação do solo em 6 diferentes cenários (3 cenários mais conservadores e 3 cenários mais antropizados). O SWAT teve desempenho aceitável (NSE=0,36, KGE=0,70 e Pbias=7,03), já o modelo MISDc teve um desempenho melhor (NSE=0,81, KGE=0,75 e Pbias=-12,22). As variações de vazão para os cenários conservadores tiveram redução de vazão em média de 13,4% e para os cenários de expansão agrícola a vazão média teve aumento de 9,7%. As mudanças de uso e ocupação do solo impactaram na vazão da bacia e nos cenários de expansão agrícola os eventos extremos, cheia e estiagem, foram intensificados.
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                        Estatística espacial aplicada às falhas e confiabilidade de sistemas de abastecimento de água
                        Curso Doutorado em Tecnologias Ambientais
                        Tipo Tese
                        Data 12/06/2023
                        Área ENGENHARIA SANITÁRIA
                        Orientador(es)
                        • Carlos Nobuyoshi Ide
                        Coorientador(es)
                          Orientando(s)
                          • Ariel Ortiz Gomes
                          Banca
                          • Carlos Nobuyoshi Ide
                          • Fabio Verissimo Goncalves
                          • Hugo Koji Suekame
                          • Jhonatan Barbosa da Silva
                          • Keila Roberta Ferreira de Oliveira
                          • Maria Lucia Ribeiro
                          • Vinícius de Oliveira Ribeiro
                          Resumo Desde o final da década de 80 tais características, problemas e desafios na operação vêm sendo
                          avaliados numa abordagem de análise de falhas e riscos dos componentes ou sistemas como um
                          todo. A confiabilidade desses sistemas tem sido abordada, em sua maioria, de forma
                          probabilística ou estocástica. Por meio do uso de distribuições de probabilidade, considera-se
                          os fatores que estressam o sistema, bem como os que definem sua capacidade, como variáveis
                          aleatórias, ou, aborda-se o sistema como uma caixa-preta na análise de tempo de falhas. Neste
                          trabalho demonstramos a aplicabilidade e eficiência de uso de técnicas de estatística espacial
                          de análise de padrão de pontos, correlação espacial agrupamento. As ferramentas de análise
                          geoespacial aplicadas às falhas em SAA são recentes e este trabalho tem por ineditismo sua
                          aplicação a um grande conjunto de dados, integrando a abordagem temporal e espacial, por
                          meio de estatística descritiva e inferencial. O uso de técnicas como K-means e DBSCAN para
                          identificação de agrupamentos possibilitou a definição de limites de áreas adequadas para os
                          serviços de manutenção da rede, podendo ainda auxiliar na definição de distritos de medição e
                          controle. Além disso, tais técnicas auxiliaram na escolha de um raio de influência ótimo,
                          servindo de definição mais tecnicamente robusta para a definição do parâmetro de entrada nas
                          análises de densidade kernel. Recomendamos a avaliação integrada das informações hidráulicas
                          e de qualidade da água com as informações de ordens de serviços para manutenção e reparo, de
                          tal forma que possibilite avaliação de causa e efeito entre variáveis como pressão e as falhas no
                          abastecimento.
                          CARACTERIZAÇÃO GEOFÍSICA DA COBERTURA DETRITO-LATERÍTICA EM SÃO GABRIEL DO OESTE, MS
                          Curso Doutorado em Tecnologias Ambientais
                          Tipo Tese
                          Data 06/06/2023
                          Área ENGENHARIA SANITÁRIA
                          Orientador(es)
                          • Sandra Garcia Gabas
                          Coorientador(es)
                          • Giancarlo Lastoria
                          Orientando(s)
                          • Odirlei Neumann
                          Banca
                          • Antonio Conceicao Paranhos Filho
                          • Ary Tavares Rezende Filho
                          • Jamil Alexandre Ayach Anache
                          • Kennedy Francis Roche
                          • Patricia Colombo Mescolotti
                          • Renato Blat Migliorini
                          • Sandra Garcia Gabas
                          Resumo A caracterização geofísica da cobertura detrito-laterítica (TQdl) existente na área do Chapadão de São Gabriel do Oeste-MS, de fundamental importância econômica para a agricultura da região, foi objeto de estudo deste trabalho, destacando-se as cangas lateríticas associadas, amplamente utilizadas no revestimento primário dos mais de 3000 km de rodovias municipais. Buscou-se avaliar a eficácia do método geofísico GPR na identificação das cangas lateríticas em subsuperfície e na detecção dos contatos litológicos do TQdl com as camadas subjacentes. Foi dado um enfoque na verificação da continuidade da Formação Serra Geral na área de estudos, com obtenção do mapa de isoespessuras. Complementarmente, foi efetuada uma caracterização preliminar do aquífero relacionado à cobertura TQdl, ainda não individualizada. Para alcançar tais objetivos, usou-se como metodologia a obtenção de dados primários com o GPR, combinados com dados geológicos e geofísicos, já existentes sobre a área, que foram reprocessados e reinterpretados. As informações hidrogeológicas foram obtidas a partir da base de dados do IMASUL. Como resultados finais, são apresentadas: a viabilidade de emprego do GPR na identificação em subsuperfície das cangas lateríticas; a espessura da Cobertura detrito-laterítica, com definição do seu contato com as outras formações subjacentes; a definição da distribuição e da espessura dos basaltos da Fm. Serra Geral na área e a definição do mapa potenciométrico do aquífero representado pela cobertura TQdl. Adicionalmente, obteve-se o perfil geológico NNW-SSE, buscando o melhor entendimento do arcabouço geológico-estrutural da região, o qual sintetiza a interpretação das relações estratigráficas, na área de estudo, entre as rochas do Gr. Bauru, da Fm. Serra Geral, da Fm. Botucatu, da Fm. Estrada Nova e da Fm. Aquidauana.
                          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.
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