https://hdl.handle.net/1884/39824 anterior a 2002, ver Programa de Pós-Graduação em Engenharia Hidráulica 2026-09-04T00:25:07Z https://hdl.handle.net/1884/107054 A influência do "efeito roller" na modelagem hidromorfológica costeira : um estudo de caso na Praia Central de Guaratuba (PR) Resumo: A representação adequada da dissipação de energia das ondas na zona dearrebentação é de muita importância para a uma simulação mais realística dacirculação costeira e do transporte sedimentar, uma vez que a interação entre asondas e correntes controlam grande parte da dinâmica hidromorfológica em praiasarenosas. Em modelos numéricos, essa região é frequentemente simplificada pormeio da hipótese instantânea da energia da onda após a quebra, em razão alimitações observacionais e computacionais. Nesse contexto, Svendsen (1984)introduz o "efeito roller", com objetivo de representar numericamente a fração deenergia e quantidade de movimento associada à turbulência superficial gerada pelaquebra da onda, prolongando sua influência ao longo da zona de surfe e swash.Diversos estudos internacionais demonstram que a inclusão do "efeito roller’ podemelhorar significativamente a simulação de correntes longitudinais, correntes deretorno, undertow, tensões de fundo e a redistribuição sedimentar. No entanto, essasinvestigações concentram-se majoritariamente em praias do hemisfério norte, cujascondições morfodinâmicas e climáticas diferem das praias brasileiras. Assim estetrabalho teve como objetivo avaliar a influência do "efeito roller’ na modelagemhidrodinâmica e morfodinâmica da Praia Central de Guaratuba (PR), uma praia decaracterísticas intermediaria-dissipativa, utilizando o modelo Delft2DH e diferentescombinações dos parâmetros empíricos de taxa de transferência de energia da onda(ar) e a inclinação da interface rolo/onda (fír ), em comparação com um cenário dereferência sem o efeito. Os resultados demonstram que a ativação do "efeito roller’promove uma reorganização significativa no balanço de energia na zona dearrebentação, resultando em campos hidrodinâmicos mais estruturados e fisicamenteconsistentes. Em contraste com o cenário base, que apresenta dissipação e umcomportamento morfológico homogêneo. De forma integrada, os resultados ilustramcomo a inclusão dos parâmetros do "efeito roller" promovem uma melhorrepresentação da dissipação da energia da onda ao longo da praia, fornecendosubsídios relevantes para aplicações em engenharia costeira e gestão do litoral.; Abstract: An adequate representation of wave energy dissipation in the surf zone is essential formore realistic simulations of coastal circulation and sediment transport, since theinteraction between waves and currents controls a large part of thehydromorphodynamic processes in sandy beaches. In numerical models, this regionis often simplified by assuming instantaneous dissipation of wave energy after breaking,due to observational and computational limitations. In this context, Svendsen (1984)introduced the "roller effect" to numerically represent the fraction of energy andmomentum associated with surface turbulence generated by wave breaking, therebyextending its influence throughout the surf and swash zones. Several internationalstudies have shown that the inclusion of the "roller effect" can significantly improve thesimulation of longshore currents, rip currents, undertow, bed shear stresses, andsediment redistribution. However, these investigations are mostly focused on beachesin the Northern Hemisphere, whose morphodynamic and climatic conditions differ fromthose of Brazilian beaches. Thus, this study aimed to evaluate the influence of the rollereffect on the hydrodynamic and morphodynamic modeling of Praia Central deGuaratuba (Paraná State, Brazil), an intermediate-dissipative beach, using theDelft2DH model and different combinations of the empirical parameters for waveenergy transfer rate (ar) and the roller-wave interface slope (fír ), in comparison with areference scenario without the roller effect. The results indicate that the activation ofthe "roller effect" promotes a significant reorganization of the energy balance in the surfzone, leading to more structured and physically consistent hydrodynamic fields whencompared to the base scenario, which exhibits overly diffusive dissipation and a morehomogeneous morphodynamic response. Overall, the findings demonstrate that theinclusion of roller effect parameters provides a more realistic representation of waveenergy dissipation along the beach, offering relevant insights for coastal engineeringapplications and coastal management. Orientador: Prof. Dr. Tobias Bernward Bleninger; Coorientador: Prof. Dr. Gustavo Pacheco Tomas; Banca: Tobias Bernward Bleninger (Presidente da Banca), José Eduardo Gonçalves, Eduardo de Paula Kirinus, José Junji Ota e Gustavo Pacheco Tomas; Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Recursos Hídricos e Ambiental. Defesa: Curitiba, 05/02/2026; Inclui referências 2026-01-01T00:00:00Z https://hdl.handle.net/1884/107048 Impacto das atividades antrópicas em um trecho da sub-bacia do Rio Iguaçu : abordagem geoquímica e molecular Resumo: Os sedimentos fluviais podem atuar como importantes registros das mudanças ambientais que ocorrem em uma bacia hidrográfica ao longo do tempo. No entanto, ainda existem lacunas no conhecimento sobre como diferentes fontes de matéria orgânica e comunidades microbianas respondem às mudanças no uso do solo em rios subtropicais, especialmente em regiões onde há forte expansão urbana e agrícola. Nesse contexto, este estudo teve por objetivo investigar as variações na composição da matéria orgânica e na estrutura das comunidades microbianas em sedimentos da sub-bacia do alto rio Iguaçu, no estado do Paraná, com o objetivo de compreender como as atividades antrópicas têm influenciado a dinâmica ambiental desse sistema fluvial. Para isso, foram analisados testemunhos sedimentares coletados em três pontos ao longo do rio Iguaçu: Guajuvira (GUA), Balsa Nova (BN) e Porto Amazonas (PA). A abordagem metodológica integrou análises geocronológicas por radionuclídeos (210Pb e 137Cs), caracterização geoquímica da matéria orgânica por meio da distribuição de n-alcanos, determinação de carbono orgânico total (COT), nitrogênio total (NT) e razão C/N, além da análise das comunidades microbianas por sequenciamento do gene 16S-rRNA. Também foram avaliadas mudanças no uso e cobertura do solo na sub-bacia entre 1985 e 2023 com base em dados do projeto MapBiomas. Os resultados mostraram diferenças importantes na dinâmica sedimentar entre os locais analisados. Enquanto os testemunhos GUA e BN apresentaram evidências de retrabalhamento sedimentar, o testemunho PA apresentou perfil mais consistente, permitindo estimar uma taxa média de sedimentação de aproximadamente 0,58 cm/ano. A distribuição dos n-alcanos indicou diferenças nas fontes de matéria orgânica ao longo da bacia, com maior contribuição de produção aquática no ponto GUA e predominância de material de origem terrígena nos pontos BN e PA. Os valores de COT variaram entre 0,6% e 5,03%, e as razões C/N indicaram mistura de fontes orgânicas em GUA e maior contribuição de plantas vasculares nos demais pontos. A análise das comunidades microbianas mostrou predominância de bactérias pertencentes aos filos Firmicutes, Actinobacteriota, Chloroflexi e Proteobacteria, grupos frequentemente associados à degradação da matéria orgânica em sedimentos aquáticos. Também foram identificadas arqueias metanogênicas, indicando a possibilidade ocorrência de processos de metanogênese em condições anóxicas. De modo geral, as variações observadas na composição geoquímica e microbiológica dos sedimentos estão relacionadas às mudanças no uso do solo na bacia, especialmente à expansão urbana e à intensificação das atividades agrícolas nas últimas décadas. Assim, os resultados contribuem ampliar o conhecimento sobre a dinâmica da matéria orgânica e das comunidades microbianas em sedimentos de rios subtropicais além de demonstram que os sedimentos do alto rio Iguaçu registram as transformações ambientais associadas ao desenvolvimento da região; Abstract: Fluvial sediments can serve as important records of environmental changes occurring within a river basin over time. However, there are still important knowledge gaps regarding how organic matter sources and microbial communities respond to land use changes in subtropical rivers, particularly in regions undergoing rapid urban and agricultural expansion. In this context, this study aimed to investigate variations in organic matter composition and microbial community structure in sediments from the upper Iguaçu River basin, Paraná State, southern Brazil, in order to understand how human activities have influenced the environmental dynamics of this fluvial system. Sediment cores were collected at three sites along the Iguaçu River: Guajuvira (GUA), Balsa Nova (BN), and Porto Amazonas (PA). The methodological approach combined radionuclide-based geochronology (210Pb and 137Cs), organic geochemical characterization through the distribution of n-alkanes, measurements of total organic carbon (TOC), total nitrogen (TN), and C/N ratios, as well as microbial community analysis using 16S-rRNA gene sequencing. In addition, land use and land cover changes within the basin between 1985 and 2023 were evaluated using data from the MapBiomas project. The results revealed important differences in sedimentary dynamics among the locations studied. While the GUA and BN sediment cores showed evidence of sediment reworking, the PA core presented a more consistent profile, allowing the estimation of an average sedimentation rate of approximately 0.58 cm per year. The distribution of n-alkanes indicated spatial differences in organic matter sources along the basin, with a greater contribution from aquatic production at the GUA site and a predominance of terrestrially derived material at the BN and PA sites. TOC values ranged from 0.6% to 5.03%, and C/N ratios indicated mixed organic matter sources in GUA and stronger inputs from vascular plants at the other locations. Microbial community analysis showed a predominance of bacteria belonging to the phyla Firmicutes, Actinobacteriota, Chloroflexi, and Proteobacteria, groups commonly associated with organic matter degradation in aquatic sediments. Methanogenic archaea were also identified, suggesting the potential occurrence of methanogenesis under anoxic conditions. Overall, the variations observed in the geochemical and microbial composition of the sediments are related to land use changes within the basin, particularly urban expansion and the intensification of agricultural activities in recent decades. These findings contribute to improving our understanding of organic matter dynamics and microbial communities in sediments from subtropical river systems and demonstrate that sediments from the upper Iguaçu River record environmental changes associated with regional development Orientador: Prof. Dr. Sandro José Froehner; Coorientadora: Dr(a). Aluana Ariane Schleder; Banca: Sandro José Froehner (Presidente da Banca), Cristovão Vicente Scapulatempo Fernandes e Ana Flávia Locateli Godoi; Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Recursos Hídricos e Ambiental. Defesa: Curitiba, 07/04/2026; Inclui referências 2026-01-01T00:00:00Z https://hdl.handle.net/1884/105778 Avaliação dos impactos das mudanças climáticas nas vazões do Alto Rio Iguaçu Resumo: As mudanças climáticas têm potencial para alterar o regime hidrológico de bacias hidrográficas, afetando a disponibilidade hídrica, a frequência de eventos extremos e o planejamento de usos múltiplos da água. Nesse contexto, este estudo avaliou os impactos das mudanças climáticas nas vazões da Bacia do Alto Rio Iguaçu em diferentes horizontes temporais futuros: curto (2015-2040), médio (2041-2070), longo prazo (2071-2100) e período completo (2015-2100). Foram utilizadas projeções climáticas do CMIP6 com correção de viés para o território brasileiro, disponibilizadas pelo conjunto CLIMBra, sob os cenários SSP2-4.5 e SSP5-8.5. As projeções alimentaram o modelo hidrológico MGB-IPH, calibrado e validado para um período de referência (1980-2023), o qual apresentou ajuste satisfatório na representação dos processos hidrológicos. As simulações futuras foram conduzidas por meio de duas estratégias de forçamento: a Abordagem 1, que utiliza apenas as projeções de precipitação dos 19 GCMs/ESMs e dados do clima atual; e a Abordagem 2, que incorpora, além da precipitação as projeções do clima futuro para um subconjunto de 10 modelos. Foram avaliadas as vazões médias anuais, as curvas de permanência e a variabilidade mensal das vazões. Os resultados indicam que a Abordagem 1 tende a superestimar as vazões medias anuais futuras em relação à Abordagem 2, por não representar adequadamente o aumento da demanda evaporativa e da redução da umidade antecedente do solo, associados ao aumento projetado da temperatura. Observa-se, contudo, predominância de tendências de aumento das vazões médias anuais, com sinal mais consistente nos horizontes mais distantes e sob SSP5-8.5. As curvas de permanência indicam que as altas vazões aumentam até 50%, enquanto as vazões de estiagem reduzem até 42%. A análise da variabilidade mensal indicou o surgimento de um ciclo sazonal pronunciado, com aumento sistemático do pico na estação chuvosa (verão, dezembro-fevereiro) e redução das vazões mínimas na estação seca (inverno, junho-agosto), com implicações para a gestão de recursos hídricos, planejamento de infraestrutura e a operação hidroelétrica; Abstract: Climate change has the potential to alter the hydrological regime of river basins, affecting water availability, the frequency of extreme events, and the planning of multiple water uses. In this context, this study assessed the impacts of climate change on streamflow in the Upper Iguaçu River Basin under different future time horizons: short-term (2015-2040), mid-term (2041-2070), long-term (2071-2100), and the full period (2015-2100). Bias-corrected CMIP6 climate projections for Brazil, provided by the CLIMBra dataset, were used under the SSP2-4.5 and SSP5-8.5 scenarios. The projections were used to force the MGB-IPH hydrological model, which was calibrated and validated for the reference period (1980-2023) and showed satisfactory performance in representing hydrological processes. Future simulations were conducted using two forcing strategies: Approach 1, which considers only precipitation projections from the 19 available GCMs/ESMs combined with present-climate data; and Approach 2, which incorporates, in addition to precipitation, future climate projections of other meteorological variables from a subset of 10 models. Annual mean streamflow, flow duration curves, and monthly streamflow variability were evaluated. Results indicate that Approach 1 tends to overestimate future annual mean streamflow relative to Approach 2, as it does not adequately represent the increase in evaporative demand and the reduction in antecedent soil moisture associated with projected temperature rise. Nevertheless, a predominance of increasing trends in annual mean streamflow is observed, with a more consistent signal in the far-future horizons and under SSP5-8.5. Flow duration curves indicate that high flows may increase by up to 50%, whereas low flows may decrease by up to 42%. The analysis of monthly variability reveals the emergence of a more pronounced seasonal cycle, characterized by systematic amplification of peak flows during the rainy season (summer, December-February) and reductions in minimum flows during the dry season (winter, June-August), with implications for water resources management, infrastructure planning, and hydropower operation Orientador: Prof. Dr. Daniel Henrique Marco Detzel; Banca: Daniel Henrique Marco Detzel (Presidente da Banca), Cristovão Vicente Scapulatempo Fernandes, André Simões Ballarin e Júlio Gomes; Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Recursos Hídricos e Ambiental. Defesa: Curitiba, 11/03/2026; Inclui referências 2026-01-01T00:00:00Z https://hdl.handle.net/1884/105278 Avaliação de sistemas térmicos de secagem e higienização como uma alternativa sustentável para a gestão do lodo de esgoto e biogás Resumo: A gestão do lodo de esgoto representa um dos principais desafios técnicos, ambientais e energéticos do setor de saneamento, especialmente diante da necessidade de reduzir volumes, assegurar higienização, recuperar energia e ampliar as possibilidades de valorização do resíduo. Nesta tese, avaliou-se a sustentabilidade de sistemas térmicos de secagem e higienização do lodo de esgoto, articulando abordagens experimentais, operacionais e ambientais. O estudo foi estruturado em quatro etapas inter-relacionadas: investigação, em escala de bancada e piloto, da influência do pré-tratamento térmico brando sobre a desaguabilidade do lodo anaeróbio, com vistas à proposição do Sistema Térmico de Higienização do Lodo (STHIL) para ETEs de pequeno porte; elaboração do inventário de produção de lodo e biogás em uma ETE de grande porte dotada de reatores UASB; monitoramento operacional de um secador rotativo em escala plena; e avaliação ambiental de diferentes rotas de gestão do lodo e do biogás por meio da Avaliação do Ciclo de Vida (ACV). Os resultados mostraram que o pré-tratamento térmico alterou o comportamento físico do lodo, reduzindo sua viscosidade aparente e tixotropia. Em bancada, a condição de 70 °C apresentou o melhor desempenho por centrifugação, com incremento de 15,21% no teor de sólidos da torta, enquanto, em escala piloto, o aquecimento favoreceu a liberação inicial de água, sem promover ganhos consistentes na eficiência global de desaguamento em leitos, embora sem prejuízo técnico-operacional relevante. Na ETE estudada, a baixa eficiência dos reatores UASB limitou a produção de biogás e o potencial de recuperação energética. Ainda assim, em condições reais de operação, a integração entre biogás e lodo seco permitiu suprir aproximadamente 97% da demanda térmica do secador. O lodo seco produzido apresentou cerca de 88,8% de sólidos totais, estabilidade, conformidade microbiológica compatível com biossólido Classe A segundo a regulamentação brasileira e atributos agronômicos relevantes, embora sua valorização agrícola em maior escala esteja condicionada ao controle do zinco associado aos insumos empregados no tratamento físico químico do esgoto. O secador operou com consumo específico real de calor de 3,89 MJ/kg de água removida, compatível com sistemas em escala plena, e as emissões atmosféricas mantiveram-se em conformidade com a legislação aplicável, inclusive nas condições de co combustão com lodo seco. A ACV indicou que os sistemas térmicos avaliados constituem alternativa ambientalmente promissora em relação à rota convencional, com destaque para as configurações que combinam recuperação energética do lodo seco e aproveitamento agrícola das cinzas. Em conjunto, os achados demonstram que a secagem térmica, analisada de forma integrada sob os enfoques operacional, energético e ambiental, configura uma rota tecnicamente consistente e ambientalmente favorável para a gestão sustentável do lodo de esgoto; Abstract: Sewage sludge management is one of the main technical, environmental, and energy-related challenges in the sanitation sector, particularly in view of the need to reduce volumes, ensure hygienization, recover energy, and expand opportunities for sludge valorization. This thesis evaluated the sustainability of thermal drying and hygienization systems for sewage sludge by integrating experimental, operational, and environmental approaches. The study was structured into four interrelated stages: investigation, at bench and pilot scales, of the influence of mild thermal pretreatment on the dewaterability of anaerobic sludge, aiming at the proposition of the Thermal Sludge Hygienization System (STHIL) for small wastewater treatment plants; development of an inventory of sludge and biogas production in a large-scale wastewater treatment plant equipped with UASB reactors; operational monitoring of a full-scale rotary dryer; and environmental assessment of different sludge and biogas management routes through Life Cycle Assessment (LCA). The results showed that thermal pretreatment altered the physical behavior of the sludge, reducing its apparent viscosity and thixotropy. At bench scale, the condition of 70 °C provided the best centrifugation performance, with a 15.21% increase in cake solids content, whereas at pilot scale the heating favored the initial release of water, without promoting consistent gains in overall dewatering efficiency in drying beds, although without relevant technical-operational impairment. In the studied wastewater treatment plant, the low efficiency of the UASB reactors limited biogas production and energy recovery potential. Even so, under real operating conditions, the integration of biogas and dried sludge supplied approximately 97% of the dryer thermal demand. The dried sludge produced showed about 88.8% total solids, stability, microbiological compliance compatible with Class A biosolids according to Brazilian regulations, and relevant agronomic attributes, although its broader agricultural valorization depends on controlling zinc associated with the inputs used in physicochemical wastewater treatment. The dryer operated with an actual specific heat consumption of 3.89 MJ/kg of water removed, compatible with full-scale systems, and atmospheric emissions remained compliant with the applicable legislation, including under sludge co-combustion conditions, although this led to increased emission rates of total particulate matter and NO2. The LCA indicated that the evaluated thermal systems constitute an environmentally promising alternative to the conventional route, especially the configurations combining energy recovery from dried sludge with the agricultural use of ashes. Overall, the findings demonstrate that thermal drying, when assessed from integrated operational, energy, and environmental perspectives, represents a technically consistent and environmentally favorable route for sustainable sewage sludge management Orientador: Prof. Dr. Miguel Mansur Aisse; Coorientador: Dr. Gustavo Rafael Collere Possetti; Banca: Miguel Mansur Aisse (Presidente da Banca), Gustavo Rafael Collere Possetti, Sandro José Froehner, Marcelo Risso Errera, Karina Guedes Cubas do Amaral e Adalberto Noyola Robles; Tese (doutorado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Recursos Hídricos e Ambiental. Defesa : Curitiba, 28/04/2026; Inclui referências 2026-01-01T00:00:00Z