Projetos de pesquisa
[2020 – atual] Projeto YPOERA – Fatores intervenientes na redução de disponibilidade hídrica em reservatórios semiáridos: evaporação, assoreamento, eutrofização e incremento na intermitência dos rios.
O suprimento hídrico da região semiárida do Brasil depende fundamentalmente da água armazenada nos reservatórios artificiais (açudes), cuja disponibilidade decai temporalmente, entre outros, por assoreamento, poluição e incremento da intermitência fluvial. Além disso, cenários de mudança climática apontam para o aumento na taxa evaporativa, o que penalizaria ainda mais a oferta de água no futuro.
Para se estimar o impacto de alterações na evaporação sobre a disponibilidade hídrica, entretanto, há que se reduzir as incertezas em sua estimativa, pois os métodos atualmente usados são indiretos e pouco confiáveis. Com vistas ao aperfeiçoamento da gestão das águas, o objetivo geral da proposta é medir e modelar quatro fatores intervenientes, entre os que reduzem a disponibilidade hídrica nos reservatórios semiáridos: evaporação, assoreamento, poluição (em particular a eutrofização) e intermitência fluvial. Para estudar a evaporação, serão realizadas medidas com estações meteorológicas (em terra e embarcada), com sensoriamento remoto e diretamente através de equipamento a ser desenvolvido com a Universidade de Leipzig.
No estudo de assoreamento será aperfeiçoado o modelo WASA-SED quanto a voçorocas, assoreamento de pequenos reservatórios e erosão em encostas. As equações serão derivadas pelo princípio da entropia máxima. A eutrofização será medida em seis açudes, será gerado modelo de nutrientes, será proposto método para quantificar a redução da disponibilidade hídrica com base no grau de eutrofização e serão trabalhadas as bases para uma política de reuso de sedimentos assoreados, o que beneficiará tanto a oferta hídrica, quanto a produção agrícola. O padrão de intermitência fluvial será medido e modelado em bacia de meso-escala (1000 km²). A seguir, o modelo será acoplado a um modelo climático (Global Circulation Model) para estimativa de alterações no padrão de intermitência fluvial e suas consequências para a disponibilidade hídrica.
O projeto deverá formar 14 profissionais e produzir 12 artigos em revista de elevado padrão científico, além de uma patente. Será incrementada a internacionalização pela interação direta com nove instituições de cinco países: Alemanha (quatro universidades e um instituto de pesquisa), França, Espanha, Equador e Bolívia. Além dessas, o projeto deve interagir com cinco instituições nacionais (UFRB, COGERH, IFCE, NUPERADE e UNILAB).
Financiador: Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)
[2020 – atual] DRYVER – Securing biodiversity, functional integrity and ecosystem services in DRYing rivER networks.
River networks are among Earth’s most threatened hot-spots of biodiversity and provide key ecosystem services (e.g. supply drinking water and food, climate regulation) essential to sustaining human well-being. Climate change and increased human water use are causing more rivers and streams to dry, with devastating impacts on biodiversity and ecosystem services. Currently, over half the global river network consist of drying channels and these are expanding dramatically. However, drying river networks (DRNs) have received little attention from scientists and policy makers, and the public is unaware of their importance.
Consequently, there is no effective integrated biodiversity conservation or ecosystem management strategy of DRNs facing climate change. A multidisciplinary team of 25 experts from 11 countries in Europe, South America, China and the USA will build on EU efforts to investigate how climate change, through changes in flow regimes and water use, has cascading impacts on biodiversity, ecosystem functions and ecosystem services of DRNs. DRYvER (DRYing riVER networks) will gather and upscale empirical and modelling data from nine focal DRNs (case studies) in the EU and CELAC to develop a meta-system framework applicable to Europe and worldwide.
It will also generate crucial knowledge-based strategies, tools and guidelines for cost-effective adaptive management of DRNs. Working closely with stakeholders and end-users, DRYvER will co-develop strategies to mitigate and adapt to climate change effects in DRNs, integrating hydrological, ecological (including nature-based solutions), socio-economic and policy perspectives. The end results of DRYvER will contribute to reaching the objectives of the Paris Agreement and place Europe at the forefront of research on climate change.
[2018 – 2024] PRINT – Impacto das mudanças climáticas sobre os recursos naturais em regiões secas.
The perspective of this project is to consolidate an international research network of natural resources of dry regions, with scientists of both basic and applied research, interacting in a multidisciplinary and transversal way. This will be achieved by: active joint research; submission of joint research project to financing institutions (here and abroad); international exchange of undergraduate and graduate students both from and to Brazil; co-lecturing of courses; and co-publication of papers.
The proposal involves four international insitutions (University of Leipzig, Germany University of Valladolid, Spain; USDA, United States; and IRD, France); and three UFC post-graduation programs (Agricultural Engineering, grade 5; Hydraulic and Environmental Engineering, grade 7; and Ecology and Natural Resources, grade 4). The scientific goal is to research natural resources in drylands, contributing with the state-of-the-art of water availability, soil quality and restoration of biodiversity in degraded areas.
There are six tasks to be achieved: (1) to investigate the influence of anthropogenic action on degradation/desertification of drylands; (2) to analyse desertification indexes and map priority sites for recovery and preservation; (3) to investigate dryland biodiversity and resilience towards climate changes; (4) to study changes in hydrology and ecosystem services due to global changes; (5) to measure and model real evaporation in large semiarid lakes; and (6) to define strategies to increase water use efficiency for food production under scenarios of climate change.
This project is expected to consolidate the dryland natural resources network; and the international interaction for the benefit of the institutions and, most relevantly, for science and society in dry regions.
Financiador: Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior – CAPES
[2020 – 2023] Impact of eutrophication and sedimentation on water availability and recovery strategy in semiarid reservoirs.
The proposed research focuses on a key issue threatening water security in many regions worldwide: the eutrophication process. We want to develop a method for the quantification of water unavailability due to quality issues and a technique to reduce the nutrient content in reservoirs to recover their water quality.
In the context of threatened water supply this proposal aims at: (1) developing a method to quantify the impact of eutrophication on water availability from surface reservoirs, as to the proponents’ knowledge, there is currently no method to estimate water unavailability due to quality matters under tropical conditions; and (2) to assess how the sediment reuse technique can contribute to water quality recovery, since though it has been indicated as a measure to improve the water quality (Lira et al., accepted), a general understating of its effects is still missing.
Financiador: Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior – CAPES
[2017-2022] ENTROPIA – Avanços na modelagem sedimentológica usando o princípio da entropia máxima.
O objetivo geral desta pesquisa é modelar, apoiado em consistentes medidas de campo, três processos hidrossedimentológicos; tendo como base novas equações físico-probabilísticas. A seleção da função densidade de probabilidade a ser usada na formulação será realizada usando-se o Princípio da Entropia Máxima de Jaynes (1957).
Almeja-se gerar rotinas computacionais que sejam incorporadas ao modelo hidrossedimentológico WASA-SED (Model of Water Availability in Semi-Arid Environments with Sediment Routines), adequado a regiões com escassez hídrica.
Financiador: Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico – CNPQ
[2017-2018] Programme der Entwicklungszusammenarbeit (Programa de Desenvolvimento de Cooperação).
The main idea of the project is to develop and implement a new teaching and research investigation method concerning soil and water fluxes of matter and energy: the 3D-body method. This approach aims at considering the three spatial dimensions of an earth body – including soil, voids, water, plants, atmosphere, as well as nutrients and other constituents – in the process analysis. Often, according to usual teaching and research methods, the two horizontal dimensions prevail. However, some of the most relevant processes (e.g., precipitation, evaporation) occur predominantly in the vertical dimension.
This 2D approach generates an undesired trend, i.e., a large surface area is necessary for any process analysis, generating problems with the non-homogeneity of parameters. Additionally, one of the main features of the 3D-body method is the active learning. The idea is that the pupils take active part in the learning process, suggesting ways to solve tangible problems (PBL – Problem-Based Learning) using the main concepts presented by the lecturers and by the Literature, made available to the pupils.
For this purpose, field classes have proven to be the most efficient way. In the first phase of the learning/research process, this can take place at the lysimeter; whereas, during the second phase, open areas (such as reservoirs, crops or river reaches) should be used. One of the best instruments to apply the 3D-body method is the lysimeter: it consists of a 3D body containing soil, water, plants, atmosphere and the respective constituents.
The horizontal and vertical scales are alike (usually at the order of 10² – 10³ cm) and an adequate instrumentation allows for computation of the most relevant processes in the soil-water-atmosphere environment, such as precipitation, evaporation, transpiration, sap flow: in short, matter and energy fluxes.
Financiador: Deutscher Akademischer Austauschdienst
[2014 – 2015] Sensoriamento remoto como estratégia para a gestão das águas no semiárido – SERAS.
No semiárido Nordestino do Brasil a água é suprida em grande parte pelos reservatórios (açudes) de vários tamanhos. A água aí reservada é de grande relevância para a população, particularmente a rural, e suas atividades socioeconômicas associadas, como a irrigação. Há necessidade de um contínuo processo de gestão, mas a informação necessária à tomada de decisões nem sempre está disponível, particularmente nas áreas mais remotas e inacessíveis (Lee et al. 1986; Costa et al. 2013).
Nesses casos, o sensoriamento remoto pode auxiliar no monitoramento dos recursos hídricos e auxiliar a compreensão de sua complexa dinâmica. Assim, o objetivo central desta proposta consiste na aplicação de técnicas de sensoriamento remoto para a gestão das águas da região semiárida. A área em estudo será a bacia do Rio Jaguaribe, Ceará, em três escalas: grande – bacia do Alto Jaguaribe (24,600 km²); média – bacia do açude Benguê (960 km²); e pequena – bacia do acude Marengo (124 km², também denominada Bacia de Madalena).
Os objetivos específicos são: A) Identificar, usando sensoriamento remoto, macrófitas nos reservatórios (açudes) A.1. Diferenciar as macrófitas emergentes da vegetação ciliar no entorno dos reservatórios A.2. Avaliar a área efetivamente inundada dos reservatórios A.3. Monitorar o nível de eutrofização dos reservatórios B) Estimar disponibilidade hídrica em bacias c/ muitos reservatórios via sensoriamento remoto B.1. Estimar as curvas cota-área-volume dos reservatórios B.2. Avaliar o volume efetivamente armazenado e a disponibilidade de água nos reservatórios C) Avaliar vazões líquida e sólida (sedimentos suspensos) através de sensoriamento remoto C.1. Monitorar trechos de rios para avaliar vazões líquidas C.2. Monitorar trechos de rios para avaliar vazões sólidas suspensas D) Avaliar, por sensoriamento remoto, mudanças no uso do solo nos últimos dez anos D.1. Investigar a relação entre uso de solo (e suas mudanças) e o crescimento de macrófitas nos lagos D.2. Investigar o efeito do uso do solo (e suas mudanças) na mata ciliar dos açudes E) Avaliar em campo (ground-truthing) as seguintes variáveis, necessárias à calibração e/ou validação dos métodos de sensoriamento remoto E.1. Avaliar as áreas dos reservatórios cobertas por macrófitas E.2. Avaliar as áreas efetivamente inundadas dos reservatórios E.3. Monitorar a qualidade das águas dos reservatórios com vistas ao cálculo de índices de eutrofização E.4. Realizar levantamentos batimétricos para avaliar em campo suas curvas cota-área-volume E.5. Monitorar o nível dos reservatórios para avaliar (usando as curvas cota-volume) os volumes efetivamente aí armazenados E.6. Monitorar as vazões líquidas das seções dos rios E.7. Monitorar as vazões de sedimentos suspensos nas seções dos rios E.8. Identificar, em campo, padrões de uso dos solos, incluindo as matas ciliares E.9. Investigar os padrões de uso do solo e sua relação com a conectividade nos fluxos de água e sedimentos.
Financiador: Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)
[2012 – 2015] Ações de Controle da Eutrofização em Reservatórios do Semiárido – CERES.
O objetivo geral desta pesquisa é avaliar duas formas de controle da eutrofização em região semiárida, sendo uma preventiva (através da largura da mata ciliar, e do estado de preservação da mata ciliar e ações de saneamento rural) e uma corretiva (biomanipulação de peixes).
Os objetivos específicos são: i.Estudar os aspectos limnológicos dos açudes escolhidos, além de determinar sua capacidade de suporte; ii.Avaliar o potencial filtro da mata ciliar, do bioma caatinga, na contenção de sedimentos e poluentes químicos que entram nos reservatórios; iii.Propor uma metodologia que possa ser utilizada para estimativa da largura mínima adequada de mata ciliar para reter e assimilar poluentes transportados pelo escoamento superficial; iv.Propor o manejo biológico com uso de peixes para reduzir a quantidade de fósforo disponível no reservatório a ser estudado, e assim diminuir o nível de trofia do mesmo; v. Classificar e quantificar as espécies de peixes encontradas no reservatório a ser estudado, avaliando a concentração de fósforo assimilada por eles; vi. Avaliar o desempenho dos canteiros biossépticos e seu impacto sobre a eutrofização dos açudes estudados; vii. Avaliar a eficiência das ações de controle da eutrofização nos reservatórios, como o saneamento rural/fossa verde, de forma integrada, pelo controle do aporte alóctone de nutrientes e pela retirada do elemento fósforo dentro do reservatório.
Financiador: Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)
[2011 – 2013] Impacto da pequena açudagem sobre a disponibilidade hídrica no semiárido: Análise integrada aplicada à bacia do Rio Jaguaribe, CE.
É objetivo geral desta pesquisa avaliar, de modo integrado, o impacto da pequena açudagem em uma grande bacia hidrográfica semiárida, buscando uma topologia ótima para a rede de alta densidade de reservatórios. São quatro os objetivos específicos: 1. Atualizar, através de técnica de sensoriamento remoto, o inventário georreferenciado de todos os reservatórios (com área inundada superior a 3ha) existentes na bacia do Alto Jaguaribe, Ce.
Com base nesse resultado, devem ser atualizadas separadamente a avaliação dos impactos hidrológico e sedimentológico da rede de pequenos reservatórios na referida bacia, mantendo os métodos explicitados em Malveira et al. (2011) e em Lima Neto et al. (2011), respectivamente; 2. Avaliar o impacto da rede de reservatórios sobre a conectividade hidráulica na bacia do Alto Jaguaribe; 3. Avaliar, de modo integrado, o impacto hidrológico, sedimentológico e de conectividade da pequena açudagem sobre a disponibilidade hídrica da bacia do Alto Jaguaribe; 4. Avaliar a qualidade das águas (em particular o processo de eutrofização) de pequenos açudes na bacia do Rio Jaguaribe, de modo a gerar uma base de conhecimento que permita, numa próxima etapa dessa pesquisa, integrar esse aspecto (qualidade da água) aos anteriormente abordados (hidrologia, sedimentologia e conectividade).
Financiador: Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico
[2010 – 2014] EcoMaSD – Estudo Comparativo de Manejo de Recursos Hídricos em Duas Bacias Tropicais Latino-Americanas sob Diferentes Condições Ambientais: Bacia de Madalena, Ceará, Brasil e Bacia do Rio San Diego, Pinar del Rio, Cuba.
O projeto EcoMaSD tem por objetivo analisar, por meio de um enfoque integrado, os processos de manejo de duas bacias hidrográficas tropicais (bacia semiárida de Madalena, Ceará, Brasil, 160 km²; e bacia úmida San Diego, Pinar del Río, Cuba, 170 km²), com diferentes condições ambientais, e propor modelos de gestão para os recursos hídricos em seu contexto global.
O projeto, apoiado pela Capes/MEC e pelo Ministério da Educação Superior de Cuba (processo 1687-10-7), foca principalmente na questão da crescente ocupação do espaço rural pelas barragens nas duas bacias. Metodologicamente o projeto integra duas abordagens: a ecologia das paisagens e os recursos hídricos / hidrologia. Pretende-se avaliar os impactos dos múltiplos barramentos sobre a paisagem e, consequentemente, sobre a produção de água e de sedimentos, apontando direções para o manejo integrado das bacias
Financiador: Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior
[2010 – 2013] NETWORK – Analysis of the ‘high-density reservoir network’ using a complex-network approach: the case of the Upper Jaguaribe, Brazil.
O projeto visa avaliar o impacto dos milhares de pequenos açudes sobre a disponibilidade hídrica na bacia do Alto Jaguaribe, Ce, através da abordagem de redes complexas.
Para isso serão utilizados o modelo hidrossedimentológico físico, semi-distribuído WASA-SED e análise georreferenciada dos reservatórios. Essa abordagem é inédita, principalmente considerando-se que há mais de 4000 reservatórios na bacia, que é de quase 25 mil km².
Financiador: Swiss Federal Institute of Technology Zurich
[2010 – 2013] Generation, transport and retention of water and suspended sediments in large dryland catchments.
This project will quantify and model runoff and suspended sediment transfer paths in dryland regions. Connectivity processes between water and sediment delivering, accepting and transporting compartments, including the analysis of transfer routes and storage capabilities, will be analysed for instrumented meso-scale catchments in Spain and Brazil. Extended multi-scale field monitoring, the quantification of leakiness and landscape fragmentation, the application of innovative sediment tracing techniques, and the identification of major sources, stores and fluxes of sediments through remotely sensed data will result in an enhanced process understanding of connectivity.
An existing modelling framework for water and sediment transport, the WASA-SED model, will be extended to account for these phenomena at the intersections of hillslopes, rivers and reservoirs. Large-scale pilot parameterisations for parts of the Ésera Basin in Spain and the Upper Jaguaribe in Brazil will be conducted to evaluate scenarios on land and reservoir management. The expected results will improve the knowledge and modelling capability of connectivity processes of water and sediment fluxes in drylands at spatial scales relevant for water and land management.
Financiador(es): Deutsche Forschungsgemeinschaft
[2009 – 2012] FOSSA VERDE – Biorremediação vegetal do esgoto domiciliar em comunidades rurais do semi-árido
O projeto (R$ 167.071,15) visa implantar e avaliar um sistema de saneamento rural adaptado às realidades sociais, culturais, ambientais e econômicas do semi-árido do Brasil. O projeto, realizado em parceria com o INCRA em um assentamento com 18 agrovilas e mais de 500 famílias, tem três vertentes: tecnológica, epidemiológica e social. A vertente tecnológica avaliará aspectos de gestão de água, esgotos e resíduos sólidos.
A principal intervenção construtiva será a implantação de 50 módulos de Fossa Verde, que visa ao reúso de águas negras para o cultivo de frutas. Essa vertente também avaliará a adaptação de diversas culturas ao reúso. A vertente epidemiológica avaliará a saúde comunitária dos assentados antes e depois da implantação do sistema.
A vertente social analisará aspectos de organização e de educação ambiental dos assentados de modo que o planejamento e a intervenção sejam efetivamente participativos e que a comunidade possa gerir o sistema, após a conclusão do projeto, de modo autônomo. A vertente tecnológica será conduzida por pesquisadores do Depto. de Eng. Agrícola da UFC; a epidemiológica por pesquisadores do Depto. de Saúde Comunitária da UFC e a social por pesquisadores do Curso de Serviço Social da UECE.
Financiador(es): Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)
[2008 – 2012] DISPAB-SA – Metodologias para definição da disponibilidade hídrica em pequenos açudes e pequenas bacias hidrográficas na região semi-árida.
Envolvendo quatro universidades federais, entidades reguladoras de água e parcerias importantes, o projeto objetiva buscar informações, através de modelos hidrológicos e observações de campo, sobre a situação de pequenos açudes, pequenas bacias e a sócio-economia da população do semi-árido nordestino.
Tais informações deverão subsidiar, com novas metodologias, a tomada de decisão, contribuindo para o Plano Nacional de Recursos Hídricos. Obs. Araújo é o coordenador da UFC e do sub-tema de “Impactos de Pequenas Barragens” no projeto. O coordenador geral do projeto é o Prof. Arthur Mattos.
Financiador: Financiadora de Estudos e Projetos (FINEP)
[2007 – 2009] CONECTE – Produção de Sedimentos com Conectividade entre Escalas Espaciais: Estudo de Caso Bacia do Alto Jaguaribe, Ceará.
A pesquisa visa avaliar os processos sedimentológicos com conectividade entre escalas espaciais, tendo como foco a análise da deposição temporária nas planícies de inundação, dos sedimentos erodidos nas vertentes.
Financiador: Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)
[2006 – 2008] PROSED – Produção de sedimentos em bacias sob diferentes contextos geoambientais (CNPq CT-Hidro).
O projeto visa avaliar, experimentalmente, a produção de sedimentos em três bacias, com áreas de aproximadamente 10 km2, sujeitas a diferentes contextos geo-ambientais. Três modelos hidrossedimentológicos serão usados para parametrizar as bacias e interpretar seus resultados. O projeto envolve pesquisadores do grupo de Hidrossedimentologia da UFC (Depto. Eng. Agrícola), do Depto. de Geologia, do Depto. de Geografia e da Funceme.
Financiador: Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq); Universität Leipzig
[2006 – 2008] Evaluación comparativa del comportamiento hidrológico de cuencas hidrográficas tropicales: semiárida (Brasil) y húmeda (Cuba).
Este projeto destina-se ao estudo comparativo entre duas regiões tropicais: uma semi-árida, no Brasil; e uma úmida, em Cuba. Três aspectos são comparados: hidrológico, paisagens e uso e ocupação do solo. No sub-projeto hidrológico foram comparadas duas pequenas bacias hidrográficas densamente monitoradas: a de Aiuaba, no semi-árido brasileiro; e a de Jaruco, em Cuba.
Da análise comparativa de mais de trinta parâmetros hidrológicos foi possível obter uma síntese das principais semelhanças e diferenças dos regimes de chuva, de escoamento e de disponibilidade hídrica nas duas bacias. Do sub-projeto hidrológico foram gerados: (1) quatro artigos, um no periódico Hydrological Processes, um em congresso internacional e dois em congresso nacional; (2) formação de pessoal (um estágio pós-doutoral na Universidade de Havana); e (3) intercâmbio de dados primários das duas bacias.
Financiador: Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) e Ministério da Educação Superior de Cuba (Cooperação)
[2004 – 2008] SESAM – Sediment Export from large Semi-Arid catchments: measurements and modelling (DFG / CAPES).
Projeto sobre hidrologia do semi-arido envolvendo a Universidade de Potsdam (Alemanha), o Centro de Geo-Pesquisas de Potsdam, a Universidade de Lleida (Espanha) e a UFC. O projeto desenvolve modelo físico semi-distribuído WASA-SED, aplicado a regiões emi-áridas e sub-úmidas. O desenvolvimento do modelo está acompanhado de intensas medidas no semi-árido brasileiro (bacia do Alto Jaguaribe) e na Catalunha, Espanha (bacia do Ebro)..
Financiador(es): Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) e Deutsche Forschungsgemeinschaft
[2003 – 2005] MISA – Medida e Modelagem da Interceptação no Semi-Árido (CNPq – Edital Universal).
Projeto com objetivo de medir e modelar, no semi-árido, o processo físico de interceptação.
Financiador: Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)
[2002 – 2005] IBESA – Implantação de Bacias Experimentais no Semi-Árido / Rede REHISA (FINEP CT-Hidro).
O projeto IBESA visou a implantação de sete bacias hidrográficas experimentais no Nordeste Brasileiro, cada uma sob coordenação de uma Universidade Federal. Participaram do projeto as seguintes IES: UFRN, UFPB, UFCG, UFPE, UFRPE, UFBA e UFC.
Financiador: Financiadora de Estudos e Projetos (FINEP)
