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TRABALHO Ações
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.
          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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