Pathways Project Final Report Volume 1: Field Investigation and Catchment Conceptual Models

viii
Executive Summary
The Pathways Project field studies were targeted at improving the understanding of contaminant transport along different hydrological pathways in Irish catchments, including their associated impacts on water quality and river ecology. The contaminants of interest were phosphorus, nitrogen and sediment. The working Pathways conceptual model included overland flow, interflow, shallow groundwater flow, and deep groundwater flow. This research informed the development of a set of Catchment Management Support Tools (CMSTs) comprising an Exploratory Tool, Catchment Characterization Tool (CCT) and Catchment Modelling Tool (CMT) as outlined in Pathways Project Final Reports Volumes 3 and 4.
In order to inform the CMST, four suitable study catchments were selected following an extensive selection process, namely the Mattock catchment, Co. Louth/Meath; Gortinlieve catchment, Co. Donegal; Nuenna catchment, Co. Kilkenny and the Glen Burn catchment, Co. Down. The Nuenna catchment is well drained as it is underlain by a regionally important karstified limestone aquifer with permeable limestone tills and gravels, while the other three catchments are underlain by poorly productive aquifers and low permeability clayey tills, and are poorly drained.
All catchments were instrumented, and groundwater, surface and near-surface water and aquatic ecology were monitored for a period of two years. Intensive water quality sampling during rainfall events was used to investigate the pathways delivering nutrients. The proportion of flow along each pathway was determined using chemical and physical hydrograph separation techniques, supported by numerical modelling.
The outcome of the field studies broadly supported the use of the initial four-pathway conceptual model used in the Pathways CMT (time-variant model). The artificial drainage network was found to be a significant contributing pathway in the poorly drained catchments, at low flows and during peak flows in wet antecedent conditions. The transition zone (TZ), i.e. the broken up weathered zone at the top of the bedrock, was also found to be an important pathway. It was observed to operate in two contrasting hydrogeological scenarios: in groundwater discharge zones the TZ can be regarded as being part of the shallow groundwater pathway, whereas in groundwater recharge zones it behaves more like interflow.
In the catchments overlying poorly productive aquifers, only a few fractures or fracture zones were found to be hydraulically active and the TZ, where present, was the main groundwater pathway. In the karstified Nuenna catchment, the springs, which are linked to conduits as well as to a diffuse fracture network, delivered the majority of the flow. These findings confirm the two-component groundwater contribution from bedrock but suggest that the size and nature of the hydraulically active fractures and the nature of the TZ are the dominant factors at the scale of a stream flow event.
Diffuse sources of nitrate were found to be typically delivered via the subsurface pathways, especially in the TZ and land drains in the poorly productive aquifer catchments, and via the bedrock groundwater in the Nuenna. Phosphorus was primarily transported via overland flow in both particulate and soluble forms. Where preferential flow paths existed in the soil and subsoil, soluble P, and to a lesser extent particulate P, were also transported via the TZ and in drains and ditches. Arable land was found to be the most important land use for
ix
the delivery of sediment, although channel bank and in-stream sources were the most significant in the Glen Burn catchment. Overland flow was found to be the predominant transport sediment pathway in the poorly productive catchments. These findings informed the development of the transport and attenuation equations used in the CCT and CMT. From an assessment of the relationship between physico-chemical and biological conditions, it is suggested that in the Nuenna, Glen Burn and Gortinlieve catchments, a relationship may exist between biological water quality and nitrogen concentrations, as well as with P. In the Nuenna, there was also a relationship between macroinvertebrate status and alkalinity.
Further research is recommended on the transport and delivery of phosphorus in groundwater, the transport and attenuation dynamics in the TZ in different hydrogeological settings and the relationship between macroinvertebrates and co-limiting factors. High resolution temporal and spatial sampling was found to be important for constraining the conceptual understanding of nutrient and sediment dynamics which should also be considered in future studies.

Does final demand for energy in Portugal exhibit long memory

In this paper, we measure the degree of fractional integration in final energy demand in Portugal using an ARFIMA model with and without adjustments for seasonality. We consider aggregate energy demand as well as final demand for petroleum, electricity, coal, and natural gas. Our findings suggest the presence of long memory in all of the energy demand variables, that the series are stationary, although the mean reversion process will be slower than in the typical short run processes. These results have important implications for the design of energy policies. The effects of temporary policy shocks on final energy demand will tend to disappear slowly. This means that even transitory shocks have long lasting effects. Given the temporary nature of these effects, however, permanent effects require permanent policies. This is unlike what would be suggested by the more standard but much more limited unit root approach, which would incorrectly indicate that even transitory policies would have permanent effects.

Extracção supercrítica de óleo de grainha de uva combinada com pré-tratamentos enzimáticos

Neste trabalho estudou-se a extracção supercrítica do óleo de grainha de uva, usando dióxido de carbono, e combinou-se este processo com um prétratamento enzimático da semente para aumentar o rendimento global da extracção. A qualidade dos extractos obtidos foi avaliada pelo seu conteúdo em triacilglicerídeos, perfil de ácidos gordos e capacidade antioxidante. Realizaram-se também alguns estudos exploratórios sobre a aplicação de um pré-tratamento de alta pressão (HPP) à grainha da uva. Adicionalmente, efectuou-se o estudo da extracção, fraccionamento e caracterização estrutural das procianidinas da grainha da uva, bem como a avaliação da sua capacidade antioxidante. A extracção de procianidinas da grainha da uva foi efectuada sequencialmente com metanol e acetona/água, tendo sido posteriormente fraccionadas por adição sucessiva de misturas metanol/clorofórmio progressivamente mais concentradas em clorofórmio. A caracterização das procianidinas foi feita por HPLC-UV e LC–MS, antes e depois de sujeitar as amostras a uma tiólise, e também por ESI-MS e ESI-MS/MS. Este estudo permitiu reportar, pela primeira vez, a ocorrência de procianidinas do tipo-A galoiladas na grainha da uva. Os resultados de HPLC-UV permitiram determinar o grau médio de polimerização das procianidinas e a sua composição monomérica em (+)- catequina, (-)-epicatequina e (-)-epicatequina-O-galato. Mostrou-se que a (+)- catequina é o flavan-3-ol terminal mais abundante e a (-)-epicatequina predomina largamente como unidade de extensão. No caso de procianidinas do tipo A, a ligação interflavânica C2-C7 encontra-se essencialmente nas unidades terminais. O grau médio de polimerização das diversas fracções varia entre 1.0 e 10.8. A sua capacidade antioxidante, medida pelo método espectrofotométrico de DPPH•, mostrou-se ser equivalente à de uma amostra comercial de (+)-catequina usada como referência. A partir dos graus médios de polimerização experimentais e das análises de FTIR das fracções correspondentes foi possível obter um modelo preditivo O-PLS com apenas uma variável latente. O pré-tratamento enzimático justificou-se pelo conhecimento existente acerca do uso de enzimas específicas que destroem parcialmente as paredes celulares. Atendendo à composição das paredes celulares da grainha da uva preparou-se uma suspensão contendo protease, xilanase, pectinase e celulase. Para determinar as condições experimentais do pré-tratamento que maximizam o rendimento da extracção, estudou-se o efeito do tempo de reacção, temperatura, pH, diâmetro médio das partículas de grainha moída e a concentração das enzimas. Os incrementos do rendimento da extracção de óleo observados atingiram 163.2%. O estudo da extracção supercrítica (SFE) do óleo da grainha de uva tratada e não-tratada permitiu obter as curvas de extracção correspondentes, bem com analisar a influência das condições operatórias sobre o seu andamento. Montou-se uma instalação laboratorial onde se realizaram experiências com dióxido de carbono a 160, 180, 200 e 220 bar e temperaturas de 313.15 e 323.15 K. Os rendimentos obtidos por SFE foram semelhantes aos de Soxhlet com n-hexano. As curvas de extracção medidas compreendem um primeiro período de extracção, onde se remove cerca de 92-97% do óleo disponível, e um segundo período, essencialmente difusional, com pouco impacto no rendimento final. Os vários extractos recolhidos e o óleo global obtido foram caracterizados para avaliar a sua qualidade e relacioná-la com as condições operatórias de SFE. Determinaram-se o conteúdo total em triacilglicerídeos, o seu perfil de ácidos gordos e a capacidade antioxidante (AOC). Os resultados mostraram que a AOC aumenta com a elevação da pressão e, acentuadamente, com o acréscimo da temperatura. Ao longo da curva de extracção, a AOC é mais pronunciada nos extractos iniciais, nomeadamente nos primeiros 30 a 40% da extracção. A modelação efectuada considerou que o óleo extractável se reparte entre células rompidas, predominantes na periferia da semente, e células intactas, mais interiores. Admitiu-se que o transporte de massa ocorre em série, i.e. das células intactas para as rompidas e destas para o solvente; mostrou-se que a dispersão axial era desprezável. Os balanços materiais à fase fluida e aos volumes de células rompidas e intactas, combinados com os fluxos interno, externo e a relação de equilíbrio foram resolvidos numericamente pelo método das linhas combinado com diferenças finitas atrasadas. O modelo reproduziu bem as curvas experimentais e permitiu simular curvas de eluição e os três perfis de concentração no leito.

Contribuição para a melhoria da qualidade nutricional do sorgo

Este trabalho teve como principal objectivo sugerir uma forma de processamento de sorgo adaptável à escala industrial que, sendo culturalmente aceite e sensível aos hábitos alimentares, aos factores sociais e às limitações económicas e tecnológicas das populações Africanas de consumo, pudesse dar origem a um produto alimentar seguro e enriquecido em termos nutricionais. Numa primeira fase, efectuou-se um estudo comparativo entre os efeitos promovidos por diferentes formas de processamento: cozimento em água, aquecimento em banho-maria, pipocagem, germinação, fermentação e altapressão. Foram ainda determinadas as condições óptimas de aplicação do processo germinativo e da tecnologia de alta-pressão. Verificou-se que a fermentação, a germinação e a alta-pressão permitem uma melhoria significativa da digestibilidade proteica da farinha de sorgo. A pipocagem conduziu a uma redução da extractibilidade das proteínas não promovendo, contudo, alterações na sua digestibilidade. Comparativamente ao cozimento em água, que promove uma diminuição acentuada na digestibilidade proteica, o cozimento em banho-maria promove uma diminuição ténue e significativamente inferior. Deste estudo comparativo, foi possível concluir que a extractibilidade das proteínas não está correlacionada com a sua digestibilidade e que a água exerce um papel fundamental na diminuição da digestibilidade proteica com o aquecimento. Numa segunda fase, pretendeu-se desenvolver um processo fermentativo que conduzisse a um produto de sorgo com características nutricionais incrementadas. Para tal, foram testadas daiferentes espécies de bactérias lácticas isoladas e conjugadas entre si. Foi ainda testada a adição de malte de sorgo previamente à fermentação e a adição de leveduras ao inóculo. Com este estudo, foi possível concluir que a fermentação do sorgo com um inóculo constituído por culturas puras de Lactobacillus brevis, Lactobacillus fermentum e Streptococcus thermophilus permite a obtenção de uma preparação alimentar com características nutricionais melhoradas no que respeita ao balanço em aminoácidos essenciais, à digestibilidade da proteína e do amido e à viscosidade do produto final.

Gas liquid equilibria at high pressures

Este trabalho tem como objectivo a medição da solubilidade de gases em líquidos a altas pressões. Para a realização experimental foi usada uma célula de altas pressões de volume variável e um método de observação directa para a detecção das transições de fase. As condições usadas neste trabalho experimental foram temperaturas entre 276.00 e 373.15 K e pressões ate 100 MPa. Numa primeira fase foram efectuadas medições de solubilidade de metano em anilina pura e para uma solução aquosa de composição mássica igual a 5% em anilina. A anilina é fundamentalmente usada em processos como a produção de borracha, de poliuretanos, pigmentos e tintas, fármacos, herbicidas e fungicidas. É usualmente produzida através de processos de redução do nitrobenzeno por reacção com o HCl. De facto, esta síntese é um processo químico complexo onde um grande número de processos compete entre si. Alterações nas condições do processo com a possível formação de produtos intermediários podem afectar a eficiência do processo. Para a sua melhoria foi sugerido que o hidrogénio usado fosse simultaneamente produzido e gasto no reactor principal. Neste caso e para a produção do mesmo, era necessário adicionar metano e água ao reactor. Tendo por base a ideia de que as reacções onde o hidrogénio é reagente e produto ocorrem em simultâneo, torna-se clara a importância do estudo da solubilidade do metano em anilina pura e em soluções aquosas desta. Numa segunda fase foi estudada a solubilidade do dióxido de carbono em soluções aquosas de tri-iso-butil(metil)fosfónio tosilato, com composições molares são de 4, 8 e 12% em líquido iónico. Este pertencente à família dos fosfónios. Possui uma viscosidade e densidade elevadas, é térmica e quimicamente estável e ainda possui uma elevada polaridade. Apresenta uma miscibilidade completa em água e nos solventes mais usuais, como o diclorometano e tolueno, não sendo no entanto míscivel em hexano. O tri-isobutil( metil)fosfónium tosilato é usado como solvente nos processos de hidroformilação de olefinas e ainda em processos de captura e conversão de dióxido de carbono. Neste trabalho experimental, a temperatura e a pressão foram inicialmente aumentadas até o sistema atingir o equilíbrio. A pressão é diminuída lentamente até se verificar o aparecimento/desaparecimento da última bolha de gás. A pressão à qual a última bolha de gás desaparece representa a pressão de equilíbrio para aquela temperatura. Este procedimento foi efectuado para vários sistemas e várias temperaturas.

Prevenção do tabagismo: um caminho na prestação de cuidados de saúde

Esta tese é constituída por dois estudos. O estudo de prevenção primária é experimental, ensaio clínico randomizado, cujo programa de intervenção “Para- Par sem Tabaco” é baseado na metodologia da formação pelos pares, com o objectivo de avaliar a sua eficácia. A amostra é constituída por 310 estudantes que frequentam o 7º e 8º Anos das Escolas Básicas e Secundárias de Oliveira de Azeméis por amostragem aleatória em conglomerados (turmas). 153 estudantes constituíram o grupo de controlo e 157 o grupo experimental. A observação foi feita antes, no final e passado um ano da intervenção. Foram construídas e validadas três escalas, que apresentaram bons argumentos de fidelidade e validade. Dos resultados ressaltam os benefícios na redução do consumo de cigarros por semana, a perspectiva futura menos associada ao consumo de tabaco; uma evolução na concordância sobre o alto risco face à auto-estima, comportamentos e tabaco; e alguma consistência nas suas percepções sobre o tabaco e as motivações dos fumadores. Verificou-se uma maior eficácia no sexo masculino. Nos dois grupos, com o aumento da idade, aumentou a idade de experimentação tabágica, o número de cigarros consumidos semanalmente e o número de amigos fumadores. No grupo experimental, constata-se que os adolescentes filhos de pais fumadores consomem mais cigarros por semana e têm mais amigos fumadores. O estudo de prevenção secundária e terciária do tabagismo foi efectuado com o objectivo de avaliar a eficácia e identificar os factores que interferem nas consultas de cessação tabágica. Tratando-se de um estudo descritivocorrelacional retrospectivo e de coorte. A amostra (probabilística aleatória – K=4) foi constituída por 395 elementos inscritos na consulta de cessação tabágica de 12 Centros de Saúde do Distrito de Aveiro entre 2004 a 2009 (pesquisa de arquivo). A avaliação foi feita em três momentos: na última consulta, aos três e seis meses de seguimento. Conclui-se que os elementos com mais habilitações académicas, que consomem menos cigarros e com menor grau de dependência tabágica, são os que apresentam maior sucesso na cessação tabágica aos três meses de seguimento. Os sujeitos que referem, na primeira consulta, conseguir reduzir menos cigarros e os que apresentam maior motivação, na primeira consulta, são os que apresentam mais sucesso na cessação tabágica na última consulta e aos três meses de seguimento. Os elementos com mais idade, sem apoio familiar, que apresentam um maior tempo sem fumar, em tentativas anteriores e os que mais utilizaram as consultas, foram os que conseguiram mais sucesso na cessação tabágica aos três e seis meses de seguimento. Os elementos que não fizeram tratamento específico não têm sucesso. Os elementos da amostra obtiveram ganho ponderal com redução nos valores da pressão arterial sistólica e diastólica. Destes estudos foram retiradas algumas linhas orientadoras para a prestação de cuidados de saúde nesta complexa área de intervenção.

E-assessment em ensino a distância on-line: estudo exploratório no curso de licenciatura em gestão de negócios da Universidade Eduardo Mondlane

A evolução acelerada da tecnologia, com um grande impacto em quase todos os segmentos da humanidade, coloca o homem perante novos desafios, com vários graus de complexidade. Cada dia que passa, estes desafios exigem novas competências e estratégias que devem ser adequadas a cada contexto. A dinâmica das tecnologias de comunicação e informação impulsionaram a evolução do ensino a distância (EaD), o que de certo modo tem exigido grandemente às instituições provedoras do EaD em geral e, em particular, às provedoras do EaD on-line novas formas de gestão, e novas formas de ensinar, fazer aprender os seus estudantes e avaliar as suas aprendizagens. No sentido de contribuir para a evolução e melhoramento do processo de avaliação das aprendizagens on-line, desenvolveu-se um estudo sobre o tema avaliação das aprendizagens on-line como elemento potenciador da interação em EaD. O desenvolvimento do tema foi orientado por um referencial teórico e contextual e concretizou-se, na sua vertente empírica, num estudo de caso exploratório. Este estudo desenvolveu-se em duas fases. Fase I: de caracterização de conceções e “práticas” vigentes de avaliação das aprendizagens on-line no Curso de licenciatura de Gestão de Negócios (LGN) da Universidade Eduardo Mondlane (UEM) de Moçambique; Fase II: de conceção, implementação e avaliação de uma proposta alternativa de avaliação das aprendizagens on-line no Curso de LGN. Para a consecução do estudo empírico concorreram um conjunto de procedimentos metodológicos que envolveu diversas técnicas e instrumentos de recolha de dados. Na fase I recorreu-se à entrevista a seis atores do Curso de LGN (3 professores, 3 assessores pedagógicos e 3 estudantes) e à análise documental (documentos relativos à conceção do Curso e outros relativos à sua implementação). Na fase II recorreu-se à observação participante, a um questionário respondido pelos estudantes participantes, a um relatório elaborado pelo professor colaborador na implementação da proposta por nós concebido, e a documentos retirados da plataforma usada no Curso de LGN, a plataforma Aulanet, nomeadamente quanto às interações dos estudantes em fóruns e chats. Os dados recolhidos foram sujeitos a análises quantitativas e qualitativas.Dos resultados obtidos na Fase I realça-se a necessidade sentida pelos entrevistados de se mudarem práticas de avaliação on-line, nomeadamente de forma a potenciar a interação e interatividade e permitir que a classificação nos módulos não fosse apenas resultado de um exame final. Dos resultados obtidos na Fase II enfatiza-se a apreciação globalmente positiva da nova metodologia de avaliação das aprendizagens on-line, quer pelos estudantes, quer pelo professor participante. Foram identificados como pontos fortes: o aumento das interações na plataforma, em particular nos fóruns e chats; as interações geraram uma dinâmica na evolução dos estudantes no que diz respeito ao desenvolvimento das suas competências no seu sucesso académico; a avaliação, por explicitar os critérios e indicadores, tornou-se mais transparente e orientadora do trabalho dos estudantes e do professor. Porém foram identificados alguns pontos menos fortes, nomeadamente: a sobrecarga de trabalho do professor e a não adesão total dos estudantes à metodologia proposta. Dada a natureza exploratória do estudo sugere-se a sua continuidade, através do envolvimento de outros professores e estudantes.