Evaluation of NRA tracking studies. Future projects and technical development

Fish tracking is a valuable technique for the provision of detailed information on the behaviour patterns of individual fish especially during estuarine and riverine migration. 2. Tracking studies help in the provision of a comprehensive description of the variety offish behaviour patterns in response to factors such as water flow, obstructions and water quality. 3. There are advantages to be gained by complementing fish tracking studies with data collected from fish counters and vice versa. 4. An overall evaluation of NRA fish tracking projects is presented in the wider context of NRA strategic research objectives. 5. The requirement for future development of tracking equipment, improved data analysis techniques, better communication and more immediate report preparation is identified. 6. Individual project evaluation is given for NRA (or the appropriate Water Authority predecessor) tracking studies conducted on the Ribble estuary, the River Tamar, River Torridge, Rivers Test and Itchen, River Lodden, the Welsh River Dee, River Glaslyn, River Taff, River Tawe, River Tywi, River Usk, Rivers Avon and Stour and the River Frome. 7. An outline for future strategic research is provided which identifies particular areas for study:- i) Identification of environmental factors which control the entry of fish into rivers. ii) Improvement of the understanding of the relationship between water flow and upstream movement of salmonids. iii) Examination of the detailed movements and behaviour of fish in relation to obstructions. iv) Closer definition of water quality requirements for salmonid fish. v) Definition of habitat preferences of salmonids in rivers. vi) Subsidiary topics such as the movements of non-salmonid fish and the downstream migration of kelts and juvenile salmonids.

O fluxo de massa do Vieira, Teresópolis-RJ, megadesastre da serra em 2011: análise das feições sedimentológicas e de sua fenomenalogia

Em janeiro de 2011, o grande número de escorregamentos naturais e induzidos que afetaram a Região Serrana do Estado do Rio de Janeiro, durante o Megadesastre, são processos destruidores de grande impacto, mas com tempo de recorrência maior. Em particular a bacia do rio Vieira (noroeste de Teresópolis), afetada pelo evento, apresentou magnitude espetacular do desastre registrado, com os materiais mobilizados em fluxos gravitacionais de massa atingindo quilômetros de distâncias das suas escarpas principais, o que causou, horas depois, prejuízos significativos. A pesquisa da presente dissertação discutiu a caracterização destes processos e dos ambientes deposicionais, a partir da análise das feições sedimentológicas e apreciação das características mecânicas, do vale do rio Vieira para estabelecer base de conhecimento da evolução da paisagem local. O método de trabalho utilizou o reconhecimento dos condicionantes geológicos e a leitura do registro sedimentar. A corrida de massa do Vieira foi zoneada em diferentes estágios de comportamento baseado na classificação de fluxos gravitacionais de massa de Middleton e Hampton (1973). Esta classificação é adequada para linha de pesquisa, pois os autores definem fluxos gravitacionais de sedimentos como um termo geral para fluxos de sedimentos ou misturas sedimentos/fluidos, que fluem sob a ação da gravidade. Os resultados obtidos caracterizam o fenômeno do ponto de vista geológico, estratigráfico e geomorfológico. Uma corrida de massa afetou o canal do rio Vieira desde a sua nascente, na cota 1750m, até o fim da sua planície de inundação, na cota 900m; o movimento de massa com extensão de 7,5km, 30-100m de largura máxima e 4m de espessura média, causou diretamente 86 mortes e a destruição de casas e lavouras da zona rural do bairro Vieira, Teresópolis-RJ. O fluxo gravitacional do Vieira aparentemente contou com diferentes condicionantes e envolveu diferentes fases, passando pelo debrisflow e pelo mudflow, provavelmente em diferentes pulsos, e no seu estágio final para o waterflow.

Simulação numérica do escoamento de água em áreas alagáveis da floresta amazônica com a utilização da estrutura de dados Autonomous Leaves Graph

A Amazônia exibe uma variedade de cenários que se complementam. Parte desse ecossistema sofre anualmente severas alterações em seu ciclo hidrológico, fazendo com que vastos trechos de floresta sejam inundados. Esse fenômeno, entretanto, é extremamente importante para a manutenção de ciclos naturais. Neste contexto, compreender a dinâmica das áreas alagáveis amazônicas é importante para antecipar o efeito de ações não sustentáveis. Sob esta motivação, este trabalho estuda um modelo de escoamento em áreas alagáveis amazônicas, baseado nas equações de Navier-Stokes, além de ferramentas que possam ser aplicadas ao modelo, favorecendo uma nova abordagem do problema. Para a discretização das equações é utilizado o Método dos Volumes Finitos, sendo o Método do Gradiente Conjugado a técnica escolhida para resolver os sistemas lineares associados. Como técnica de resolução numérica das equações, empregou-se o Método Marker and Cell, procedimento explícito para solução das equações de Navier-Stokes. Por fim, as técnicas são aplicadas a simulações preliminares utilizando a estrutura de dados Autonomous Leaves Graph, que tem recursos adaptativos para manipulação da malha que representa o domínio do problema

Avaliação dos algoritmos de Picard-Krylov e Newton-Krylov na solução da equação de Richards

A engenharia geotécnica é uma das grandes áreas da engenharia civil que estuda a interação entre as construções realizadas pelo homem ou de fenômenos naturais com o ambiente geológico, que na grande maioria das vezes trata-se de solos parcialmente saturados. Neste sentido, o desempenho de obras como estabilização, contenção de barragens, muros de contenção, fundações e estradas estão condicionados a uma correta predição do fluxo de água no interior dos solos. Porém, como a área das regiões a serem estudas com relação à predição do fluxo de água são comumente da ordem de quilômetros quadrados, as soluções dos modelos matemáticos exigem malhas computacionais de grandes proporções, ocasionando sérias limitações associadas aos requisitos de memória computacional e tempo de processamento. A fim de contornar estas limitações, métodos numéricos eficientes devem ser empregados na solução do problema em análise. Portanto, métodos iterativos para solução de sistemas não lineares e lineares esparsos de grande porte devem ser utilizados neste tipo de aplicação. Em suma, visto a relevância do tema, esta pesquisa aproximou uma solução para a equação diferencial parcial de Richards pelo método dos volumes finitos em duas dimensões, empregando o método de Picard e Newton com maior eficiência computacional. Para tanto, foram utilizadas técnicas iterativas de resolução de sistemas lineares baseados no espaço de Krylov com matrizes pré-condicionadoras com a biblioteca numérica Portable, Extensible Toolkit for Scientific Computation (PETSc). Os resultados indicam que quando se resolve a equação de Richards considerando-se o método de PICARD-KRYLOV, não importando o modelo de avaliação do solo, a melhor combinação para resolução dos sistemas lineares é o método dos gradientes biconjugados estabilizado mais o pré-condicionador SOR. Por outro lado, quando se utiliza as equações de van Genuchten deve ser optar pela combinação do método dos gradientes conjugados em conjunto com pré-condicionador SOR. Quando se adota o método de NEWTON-KRYLOV, o método gradientes biconjugados estabilizado é o mais eficiente na resolução do sistema linear do passo de Newton, com relação ao pré-condicionador deve-se dar preferência ao bloco Jacobi. Por fim, há evidências que apontam que o método PICARD-KRYLOV pode ser mais vantajoso que o método de NEWTON-KRYLOV, quando empregados na resolução da equação diferencial parcial de Richards.

Implementação paralela de um código de elementos finitos em 2D para as Equações de Navier-Stokes para fluidos incompressíveis com transporte de escalares.

O estudo do fluxo de água e do transporte escalar em reservatórios hidrelétricos é importante para a determinação da qualidade da água durante as fases iniciais do enchimento e durante a vida útil do reservatório. Neste contexto, um código de elementos finitos paralelo 2D foi implementado para resolver as equações de Navier-Stokes para fluido incompressível acopladas a transporte escalar, utilizando o modelo de programação de troca de mensagens, a fim de realizar simulações em um ambiente de cluster de computadores. A discretização espacial é baseada no elemento MINI, que satisfaz as condições de Babuska-Brezzi (BB), que permite uma formulação mista estável. Todas as estruturas de dados distribuídos necessárias nas diferentes fases do código, como pré-processamento, solução e pós-processamento, foram implementadas usando a biblioteca PETSc. Os sistemas lineares resultantes foram resolvidos usando o método da projeção discreto com fatoração LU por blocos. Para aumentar o desempenho paralelo na solução dos sistemas lineares, foi empregado o método de condensação estática para resolver a velocidade intermediária nos vértices e no centróide do elemento MINI separadamente. Os resultados de desempenho do método de condensação estática com a abordagem da solução do sistema completo foram comparados. Os testes mostraram que o método de condensação estática apresenta melhor desempenho para grandes problemas, às custas de maior uso de memória. O desempenho de outras partes do código também são apresentados.

Substratos para uso em telhados verdes: Avaliação da retenção hídrica e qualidade da água de escoamento.

Telhados verdes são uma alternativa interessante para mitigar o risco de enchentes dada a enorme área de telhados não utilizada das superfícies impermeáveis nas áreas urbanas. Graças a sua capacidade de armazenagem de água, os telhados verdes podem reduzir significativamente o pico de escoamento dos eventos de maior pluviosidade. Investigações sobre a composição de substratos baseados em materiais locais e projetos adequados para regiões climáticas tropicais são menos frequentes. Vegetação e substrato são elementos de um telhado verde que precisam ser adaptados para cada microclima e não universalizados. O objetivo deste estudo foi avaliar o desempenho de diferentes composições de substratos baseados em solo local, biomassa de coco, condicionador de solo e componentes comerciais, com a finalidade de maximizar a capacidade de retenção da água de chuva e diminuir necessidades de manutenção. Um pré-ensaio de colunas avaliou a capacidade de retenção hídrica e a relação peso seco x peso úmido de 15 composições de substrato. As composições com melhores resultados constituíram os substratos S1(15% solo + 55% coco + 30%componentes comerciais), S2 (30% solo + 40% coco + 30%componentes comerciais) e S3 (60% solo + 10% coco + 30%componentes comerciais). A caracterização físico-química dos substratos, solo e fibra de coco foi realizada. Em seguida um teste de colunas avaliou a capacidade de retenção hídrica dos substratos sob duas condições de precipitação: uma leve (8,77 mm/h); e outra mais forte (42,0 mm/h). Os resultados apontaram que os substratos S2 e S3 apresentaram melhores resultados de retenção para ambas as intensidades de precipitação. Observou-se que S1, que apresentou melhor capacidade de retenção no pré-ensaio, teve desempenho inferior aos demais o que pode ser atribuído à maior concentração de fibra de coco na sua composição e o consequente surgimento de caminhos preferenciais ao longo do perfil da coluna, por onde a água escoou mais rapidamente. Em eventos de precipitação mais leve, os substratos reteram de 60 a 100% do total aplicado. Quando se aplicou uma intensidade de precipitação mais forte, a faixa de retenção ficou entre 40% e 59%. No entanto, as variáveis analisadas para avaliar a qualidade da água de escoamento dos substratos (pH, CE, P, NO3, NH4, Ca, Mg, Cu, Fe, Mn, Zn, Cr, Co, Ni) ficaram acima dos valores comumente encontrados na literatura, indicando que as composições aqui adotadas para os substratos podem implicar em uma fonte de poluição hídrica. Os substratos para uso em telhados verdes apresentados neste estudo atenderam seu objetivo quanto à retenção hídrica, mas a qualidade da água percolada torna seu uso inviável até o momento. Verificou-se a necessidade de estudar mais profundamente a qualidade da água lixiviada por cada componente dos substratos, individualmente, a fim de identificar as fontes dos elementos que presentes em concentrações elevadas tornam-se poluentes. Pode ser considerada a remoção de algum (s) dos componentes presentes na composição para se atingir um nível satisfatório de qualidade da água de escoamento.

Investigation of rising nitrate concentrations in groundwater in the Eden Valley, Cumbria: Phase 1 project scoping study

This is the Investigation of rising nitrate concentrations in groundwater in the Eden Valley, Cumbria report produced by the Environment Agency in 2003. This report focuses on groundwater nitrate concentrations in the Eden Valley. Most boreholes in the Eden Valley had nitrate concentrations less than 20 mg/l but a significant number had higher concentrations, some exceeding the EC maximum admissible concentration for drinking water of 50 mg/l. The main objectives of this report were to investigate the causes of rising nitrate concentrations in groundwater in the Permo-Triassic sandstone aquifers of the Eden Valley area and provide sufficient understanding of the groundwater and surface water flow system, including the sources of the nitrate contamination and the processes controlling nitrate movement, so that possible management options for reversing this trend can be considered.

Mitochondrial DNA variation, effective female population size and population history of the endangered Chinese sturgeon, Acipenser sinensis

The anadromous Chinese sturgeon (Acipenser sinensis), mainly endemic to the Yangtze River in China, is an endangered fish species. The natural population has declined since the Gezhouba Dam blocked its migratory route to the spawning grounds in 1981. In the near future, the completion of the Three Gorges Dam, the world's largest hydroelectric project, may further impact this species by altering the water flow of the Yangtze River. Little is currently known about the population genetic structure of the Chinese sturgeon. In this study, DNA sequence data were determined from the control region (D-loop) of the mitochondrial genome of adult sturgeons (n = 106) that were collected between 1995-2000. The molecular data were used to investigate genetic variation, effective female population size and population history of the Chinese sturgeon in the Yangtze River. Our results indicate that the reduction in abundance did not change genetic variation of the Chinese sturgeon, and that the population underwent an expansion in the past. AMOVA analysis indicated that 98.7% of the genetic variability occurred within each year's spawning populations, the year of collection had little influence on the diversity of annual temporary samples. The relative large effective female population size (N-ef) indicates that good potential exists for the recovery of this species in the future. Strikingly, the ratio of N-ef to the census female population size (N-f) is unusually high (0.77-0.93). This may be the result of a current bottleneck in the population of the Chinese sturgeon that is likely caused by human intervention.

Impact of seafarming: fish farms vs. mussel farms

The article presents comparative impacts of fish and mussel seafarms. Specifically, it tackles the impacts of the two farms on the following: solid waste production, water flow and sedimentation, effect on native bottom fauna, effect on wild fish populations, the spread of toxic chemicals and drugs, and multi-use conflicts.

Cement bentonite cutoff walls for polluted sites

Cement-bentonite (CB) cutoff walls have long been used to control ground water flow and contaminant migration at polluted sites. Hydraulic conductivity and unconfined compressive strength are two short-term properties often used by industry and owners in CB specification and are important parameters discussed in this paper. For polluted sites, long-term compatibility is also an important issue. These properties are coupled to a number of external factors including the mix design, construction sequence, presence/absence of contaminants at the site. Additional short-term properties for engineering assessment include the stressstrain characteristics in both drained and undrained shear in both with and without confinement as well as one-dimensional consolidation properties. Long term CB properties are affected by aging, reaction chemistry, drying, in situ stress state, and interaction with the polluted environment. © 2013 Taylor & Francis Group.

Geostatistical analysis of chlorophyll a in freshwater ecosystems

Horizontal spatial patterns of chlorophyll a in Meiziya Reservoir, Hubei Province, China were analyzed once each month during May, June and July 1997. Two geostatistical techniques, semivariance and fractal analysis, were used to determine variation in chlorophyll a over the whole study area (isotropic) and in different directions (anisotropic). Both techniques provided useful information for detecting and assessing spatial pattern changes of chlorophyll a in freshwater environments. Based on our case study, the distribution of chlorophyll a shifted from aggregated to random distribution in the case of small rainfall event, and then returned to the aggregated distribution after a large rainfall event. On the other hand, the distribution of chlorophyll a became more heterogeneous or random in the direction of water flow (S-N direction) when rainfall events occurred, which was enhanced by rainfall intensity. In contrast, the influence of water flow on the spatial patterns was weak in the E-W direction, and thus the distribution of chlorophyll a remained aggregate with a moderate spatial heterogeneity.

Mobility and profiles of polychlorinated dibenzo-p-dioxins and dibenzofurans in sediment of Ya-Er Lake, China

The sediment of Ya-Er Lake had been heavily polluted by polychlorinated dibenzo-p-dioxins and dibenzofurans (PCDD/Fs) from the former chloralkali industry. The total amounts of PCDD/Fs and I-TEQ decreased along the water flow direction and also decreased from top to bottom layers of sediment cores. Sediment of Pond 1 was dominated by PCDF, especially TCDF. In contrast, in the other four ponds, PCDD dominated in all layers and octachlorinated dibenzo-p-dioxin (OCDD) predominated in all of the homologues. When homologue profiles from sediments and water samples were compared using principal component analysis (PCA), the first two principal components represented 95.2% of the variance in the data. The first component explained 75.9% of the variance and the second one 19.3%. Two clusters were most distinct, presenting a shift in PCDD/Fs composition from PCDF to heptachlorinated dibenzo-p-dioxin (HpCDD) and OCDD in sediments and water from Pond I to Ponds 2-5. The pattern variation between Pond 1 and Ponds 2-5 in Ya-Er Lake was most likely due to the change of process in the chemical plant after the dams between the ponds were built. The results of the present study also showed that log K-oc of PCDD/Fs calculated from data of sediment and water in the field were comparable with theoretical log K-oc. The results also implied that the concentrations of PCDD/Fs in water and sediments could be predicted from each other by log K-oc. (C) 2001 Elsevier Science Ltd. All rights reserved.

田间含碎石土壤水分入渗及再分布试验研究

为探明碎石存在于田间土壤中如何改变土壤水分运移通道、影响土壤水分运动,揭示田间含碎石土壤水分运动的复杂过程,采用便携式针头降雨器在铜川崾岘梁修建的临时小区进行模拟降雨实验,测定含碎石浅层土体的入渗和水分再分布过程,采用土壤水分运动通量法计算浅层土体不同深度各截面面积的水量在雨后不同时间段的变化,分析含碎石土壤再分布特征及碎石含量对浅层土体入渗和水分再分布的影响。结果表明:碎石有利于田间浅层土壤入渗和蓄存;室内较田间测定的含碎石土壤入渗率小一个数量级以上;降雨后较短时段,碎石含量相对高的林地小区的浅层土体水分在降雨停止后呈增加趋势,表现了蓄水过程,碎石含量较低的撂荒地则表现了释水过程;降雨后较长时段,多数小区浅层土体(0-30 cm)水量变化呈现了"排水-存储交换-排水"过程,少数小区仅呈现了"排水"过程;雨后16 h左右的土体各截面面积的水量与碎石含量呈现了以直线y=0.4873为轴对称的递增和递减的指数为1/2的幂函数关系,说明碎石对黄土区典型土石区土体水分运动具有促进和阻滞双面影响。本文的研究结果可为含碎石土壤的水分利用及水分循环提供参考。

活性炭纤维(ACF)吸附法处理河流突发污染事故模拟研究

环境突发污染事故给人民生活、经济发展和生态环境造成重大影响，研究污染物泄漏造成河流突发污染事故的应急处理方法十分必要。本论文选取苯酚、苯胺和亚甲基蓝等典型污染物为实验对象，采用吸附容量大、密度与水接近的活性炭纤维(ACF)为吸附剂。在自制的河流模型中，研究了ACF以苯酚、苯胺和亚甲基蓝为典型污染物的吸附过程，考察了吸附剂投加量、污染物浓度、吸附剂比表面积、吸附剂投加方式、水流速度与水质等对吸附速率与吸附效果的影响。实验结果表明，ACF能以较快的速率吸附苯酚、苯胺和亚甲基蓝，吸附率都在95％以上； ACF投加量是影响吸附速率最重要的因素，当一次性投加ACF质量之比为 1:2:4时，吸附速率常数之比近似为1:2:4；污染物浓度对吸附速率的影响显著，浓度较低时吸附速率较高。苯酚初始浓度为7mg·L-1时，经过86分钟的吸附，处理后的浓度可以达到地表水Ⅴ类水中挥发酚的限值要求(0.1mg·L-1)；在吸附11分钟左右追加适量的ACF，能够明显提高吸附速率；河水流速和河流中的天然有机物、浊度、河水硬度对ACF吸附都不产生显著影响，这说明ACF作为河流突发污染事故应急处理的吸附剂，有广泛的适应性。在实际河水中，ACF对苯酚的吸附过程与在模拟河水中相似，吸附效果显著。实验结果还表明，ACF对苯酚的吸附是放热反应，符合Freundlich模型和Langmuir模型。事故应急处理后，应该及时将吸附了污染物的ACF打捞上来，有利于进行后续处理。 Emergency environmental pollution accidents pose significant impacts on our living, economic development and ecological environment. The study on the approach of emergency control for the contingency caused by leakage of pollutants in rivers is very necessary. In the experiment, phenol, aniline and methylene blue were selected as representative pollutant and activated carbon fiber (ACF) was selected as adsorbent, which has strong adsorption capacity and similar density to water. In the self-made river model, the effects of ACF dosage, pollutant concentration, ACF surface area, ACF adding ways, water flow rate and water quality on adsorption courses were investigated. The experimental results showed that ACF could adsorb pollutant quickly and effectively. The ACF dosage was the most important factor that affected adsorption rate .When the ACF dosage rate was 1:2:4, the constants of adsorption rate was approximately 1:2:4. The effect of pollutant concentrations on the adsorption rate was notable. Faster adsorption rates were achieved at low pollutant concentrations. Phenol concentration reached the limits of volatile phenol in Category Ⅴ surface water (0.1 mg·L-1) after 86 minutes of adsorption with initial phenol concentration of 7 mg·L-1. After 11 minutes of adsorption, certain amount of ACF was added and the adsorption rate was improved significantly. River flow rate and water quality have little effect on the adsorption rate. The adsorption results obtained in actual river water were comparable with that in simulating river water. The results also showed that, ACF on the absorption of phenol is exothermic reaction, witch matched with the Freundlich model and the Langmuir model. After emergency treatment, the ACF absorbed pollutants should be promptly salvaged for follow-up treatment.

推求土壤水分运动参数的简单入渗法──Ⅱ.实验验证

预报土壤中水分流动需要的土壤导水特性可通过观测水平土柱的入渗过程来确定，这一观测过程的分析是基于对Richards方程求积分解。土壤水分特征曲线中的参数由观测的水平立柱的特征湿润长度和吸力来确定，非饱和土壤导水率由已确定的特征曲线中的参数和测定的饱和导水率导出。供试土壤有三种，它们的质地从砂壤到粘壤。由这种方法所确定的这三种土壤的水分特征曲线与实测的特征曲线符合良好，所确定的砂壤的非他和导水率与实测值的比较令人满意。利用数值法和积分法分别计算了土壤含水量剖面，计算结果吻合良好，说明了这种方法的合理性。