Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Recursos Hídricos e Ambiental

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Áreas de concentração

O programa tem duas áreas de concentração:

  1. Engenharia de Recursos Hídricos
  2. Engenharia Ambiental

1) Engenharia de Recursos Hídricos

Considerando a experiência adquirida ao longo dos 45 anos de história do CEHPAR (Centro de Hidráulica e Hidrologia Prof. Parigot de Souza), que foi a base para a criação do Curso de Mestrado em Engenharia Hidráulica, uma das características desta área está relacionada ao desenvolvimento de pesquisa e à formação de técnicos para o desenvolvimento de estudos e projetos e identificação de soluções de problemas da Engenharia Hidráulica e Hidrologia,

Esta área possui duas linhas de pesquisa distintas em relação à forma de abordagem dos problemas hidráulicos, a primeira relativa à solução de problemas por meio de processos analíticos ou de modelagem física (Hidráulica Experimental), e a segunda relacionada à busca de soluções por meio de modelos matemáticos e computacionais (Hidráulica Computacional).

A linha de Hidráulica Experimental estava relacionada às questões envolvendo projetos e execução de obras hidráulicas, principalmente as fluviais, com abordagem de aspectos particulares dessas obras como estruturas de enrocamento, dissipação de energia, formação de vórtices, aeração de escoamentos, desempenho de estruturas hidráulicas e outros.

       

Uma outra abordagem fundamenta-se em aspectos de hidráulica relacionados a obras não fluviais, como redes de distribuição de água, transientes hidráulicos e hidráulica industrial, incluindo aspectos hidráulicos associados a projetos e obras de caráter ambiental. A hidráulica costeira era, igualmente, tema abordado na área.

A modelagem matemática constituía outro núcleo de interesse de pesquisa, na medida em que soluções gerais para os problemas relacionados às obras antes descritas podem ser obtidas através da aplicação criteriosa dessa ferramenta, com base em conceitos de Mecânica dos Fluidos Computacional, escoamento não permanente em canais e modelos de turbulência. Neste contexto, os impactos da ruptura de barragens e a modelagem computacional de estuários e baías constituíam problemas concretos abordados nesta área.

A segunda abordagem de pesquisa, associada à antiga área de concentração Engenharia Hidrológica, pode ser conceituada como o conjunto de metodologias, modelos e conceitos que visam a aplicação dos princípios da hidrologia na solução de problemas práticos de engenharia.
Assim, as principais atividades de pesquisa baseavam-se em atividades relacionadas à hidrometria, previsão de vazão e precipitação, sensoriamento remoto de variáveis hidrológicas, operação de reservatórios, regionalização hidrológica, definição de parâmetros de projeto para obras hidráulicas, análise de riscos associados a cheias e estiagens, transporte de sedimentos e outros contaminantes e, também, efeitos das alterações antrópicas sobre o ciclo hidrológico. A engenharia hidrológica constitui parte da engenharia de recursos hídricos, esta entendida como a aplicação da engenharia no aproveitamento da água para o bem-estar presente e futuro do homem.

Um dos aspectos mais marcantes da engenharia hidrológica é o seu enfoque essencialmente quantitativo, característica comum a todas as engenharias que procuram, ao estabelecer uma relação causa-efeito, não apenas identificar as variáveis que sofrem influência de uma dada perturbação em um sistema, mas, também, a magnitude da alteração de cada uma das variáveis.

Para o desenvolvimento de técnicas visando a solução desses problemas, além da própria disciplina de hidrologia, uma sólida formação em estatística, economia, mecânica dos fluidos e, principalmente, dado o seu caráter quantitativo, em matemática, eram essenciais.

O aspecto quantitativo é que a distingue estas atividades de pesquisa de outras correlatas, entretanto, de caráter mais descritivo, tais como ecologia, hidrogeografia, direito da água, gestão e política de recursos naturais e educação ambiental. Também é importante frisar o caráter utilitário da engenharia hidrológica, centrada na solução de problemas práticos, sendo que o seu desenvolvimento constitui-se em um exemplo de pesquisa aplicada.

Devido a esta característica peculiar, o conceito de sistema é de fundamental importância, o que permite simplificar a análise de fenômenos complexos como é o caso dos fenômenos hidrológicos. Um sistema hidrológico é definido como uma estrutura ou um volume no espaço que recebe água e outras substâncias do ambiente externo através de suas fronteiras (entradas), opera internamente e os devolve em forma modificada ao meio externo (saídas). Assim, o uso de abordagem sistemática permite decompor um problema muito complexo em vários sub-problemas mais simples.

Para representar os sistemas pode-se recorrer a modelos, que são conjuntos de equações (modelo matemático) ou estrutura física (modelos físicos), que preservam a relação causa-efeito entre entradas e saídas e permitem previsões sobre as saídas correspondentes a uma dada entrada.

No PPGERHA, estas linhas de pesquisa fundamentam-se nestes conceitos, procurando sempre incutir no estudante o aperfeiçoamento da solução de problemas concretos, focalizando na representação quantitativa das variáveis envolvidas. Em relação a estes aspectos, existe um forte engajamento dos professores e pesquisadores do programa, com abordagens mais especificamente direcionadas a tópicos como previsão de vazões, operação de reservatórios, regionalização hidrológica, estudos de cheias e de estiagens, transporte de sedimentos, gestão de recursos hídricos, análise e gestão de riscos e estudos energéticos de sistemas de geração predominantemente hidrelétricos.

Embora o enfoque da área de concentração seja relativo à solução de problemas concretos, a Coordenação d programa tem se preocupado com a formação básica dos estudantes, pois acreditae que este aspecto é de fundamental importância ara a compreensão dos fenômenos hidrológicos e, consequentemente, do desenvolvimento de modelos que considerem, adequadamente, a realidade física.

No PPGERHA, em função dos interesses de pesquisa acima mencionados, consolidaram-se pesquisas em hidrologia estocástica; hidrologia determinística; planejamento, operação e gestão de riscos da energia elétrica. Os dois primeiros temas constituem uma divisão tradicional da Engenharia Hidrológica, com objetivos e métodos de análise bem conhecidos.

A terceiro tema de pesquisa não é tradicional na área de Engenharia Hidrológica e resulta do fato de o PPGERHA ter mantido durante muitos anos vínculos bastante estreitos com o setor de energia elétrica, via convênio com a Companhia Paranaense de Energia – COPEL. Também justificado pelo fato de, conceitualmente, o problema de confiabilidade do fornecimento de energia elétrica, no caso de sistemas hidrelétricos, ser similar ao da regularização de vazões por reservatórios, o que sugere a utilização de conceitos e métodos desenvolvidos na teoria de séries temporais e em particular na teoria estocástica dos reservatórios para análise de confiabilidade de sistemas elétricos com predomínio de hidroeletricidade, como é o caso do Brasil.

Portanto, além da participação em projetos de pesquisa voltados ao setor elétrico, estes fatores levaram vários professores do PPGERHA a desenvolver pesquisa em estudos energéticos, sendo que várias dissertações e publicações foram produzidas,. Além disso, foram oferecidos dois cursos de especialização sobre o assunto (Planejamento, Operação e Comercialização na Indústria de Energia Elétrica – CPOC e Gestão Técnica de Concessionárias de Energia Elétrica).

Os principais interesses sobre o tema Hidrologia Estocástica podem ser sintetizados em assuntos como: análise de propriedades estatísticas de variáveis hidrológicas e meteorológicas; distribuição de freqüência de extremos; métodos de estimação dos parâmetros estatísticos; modelos estocásticos para previsão; séries temporais e processos estocásticos; distribuições robustas; investigação de características regionais de valores médios e extremos de variáveis hidrológicas; algoritmos para transferência espacial e temporal de informação hidrológica; análise de freqüência regional; modelos assintóticos para erros amostrais; modelos regionais multivariados; teoria estocástica dos reservatórios, distribuições de probabilidade das afluências, otimização de regras operativas; análise de sensibilidade à variação de parâmetros; geração de séries sintéticas de vazões.

Em relação ao tema de pesquisa Hidrologia Determinística, o PPGERHA tem desenvolvido pesquisas nas áreas de desenvolvimento e análise de modelos de transformação chuva vazão, hidrodinâmicos e de águas subterrâneas; modelos de qualidade da água, erosão e transporte de sedimentos; modelos atmosféricos de micro e mesoescala; estudo das alterações do balanço hídrico por reservatórios ou urbanização; evaporação e evapotranspiração, reconstituição de vazões naturais; influência de reservatórios na propagação de cheias, controle de enchentes; previsão de vazão e precipitação de curto prazo; drenagem urbana.

Finalmente, o tema referente à pesquisa em Produção, Operação e Gestão de Risco da Energia Elétrica tem tido o seu enfoque em assuntos relativos: à decisão sobre investimento; à análise de competitividade de fontes energéticas; à variabilidade da disponibilidade de energia elétrica; ao ordenamento de prioridades de expansão; ao planejamento e operação de sistemas hidrotérmicos; aos custos marginais de curto e de longo prazo; à otimização das regras operativas; à análise de riscos e custos; aos benefícios de integração; à programação dinâmica estocástica; aos modelos de simulação; às pequenas centrais hidrelétricas; aos métodos de avaliação energética analíticos; aos modelos de comercialização; aos riscos de comercialização e ao mercado spot de energia.

 

Em virtude da grande afinidade entre os temas Pesquisa de Hidrologia Estocástica e Planejamento, Operação e Gestão de Risco da Energia Elétrica e, devido à grande intersecção de professores que trabalham nas duas abordagens, além da operacionalização da produção científica, estes dois temas estão agrupados em uma única linha de pesquisa, denominada Hidrologia Estocástica e Estudos Energéticos.

Importante destacar também as atividades de pesquisa associadas às questões de Hidroclimatologia, considerando aspectos de mudanças climáticas e impactos sobre os Recursos Hídricos, com parte da linha de pesquisa em Hidrologia Estocástica.

2. Engenharia Ambiental

A área de concentração Engenharia Ambiental, a mais recente na estrutura de pesquisa do PPGERHA, foi criada com a finalidade de permitir a formação acadêmica de profissionais para entender as complexas interações existentes nos ecossistemas. Isto a partir de uma abordagem sistêmica, orientada à proposição de soluções aos problemas ambientais, com base no interessante, porém complexo, conceito de sustentabilidade ambiental. Nesta área são tratados assuntos relativos ao monitoramento, gestão e gerenciamento ambiental, modelagem matemática relacionada a processos de poluição e desperdícios de recursos naturais, aos sistemas de abastecimento de água potável, aos sistemas de coleta, transporte, tratamento e disposição de águas residuárias e, também, à gestão de resíduos sólidos domésticos e da construção civil.

 

No PPGEHRA, a área de concentração Engenharia Ambiental abrange duas linhas de pesquisa, Modelagem de Sistemas Ambientais, com ênfase na modelagem matemática de parâmetros relativos à qualidade da água; Saneamento Ambiental, com enfoque voltado aos processos de tratamento para atenuação dos impactos dos poluentes na água e no solo. Mais recentemente, pesquisas nas áreas de Tratamento de Efluentes, Tecnologia Limpa, Mecanismo de Desenvolvimento Limpo e Gestão de Resíduos Sólidos Domésticos e da Construção Civil, têm motivado a atenção dos estudantes.

Neste contexto, os pesquisadores têm desenvolvido atividades voltadas à consolidação de modelos computacionais para simular problemas ambientais em rios, reservatórios e redes de distribuição de água. O objetivo não tem sido apenas desenvolver e adaptar as soluções numéricas aos problemas de transporte de contaminantes nos sistemas ambientais, mas estabelecer a importância destas ferramentas para os processos de Gestão Ambiental.

A integração destas duas correntes de pesquisa é uma peculiaridade do PPGERHA, pois envolve atores distintos da comunidade acadêmica, como entidades Governamentais nos âmbitos municipal e estadual, agências de bacias e associações de usuários de bacias hidrográficas, além de organizações não governamentais como a Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental – ABES, Associação Brasileira de Recursos Hídricos – ABRH, Associação Interamericana de Engenharia Sanitária e Ambiental – AIDIS e a Associação Brasileira de Águas Subterrâneas – ABAS, assumindo um papel de liderança regional na formação de técnicos e pesquisadores.

Nesta área, são desenvolvidas pesquisas voltadas ao comportamento de poluentes na água no solo, com avaliação das causas e efeitos, visando a proposta de ações, metodologias e/ou tecnologias para o monitoramento e controle das condições naturais. Estes estudos abrangem as alterações das características naturais do meio, das condições de qualidade de vida até a degradação de materiais e equipamentos. Tal enfoque pressupõe a implementação e a aplicação de modelos computacionais relativos a estudos de mecanismos de transporte de substâncias e seu comportamento nos ecossistemas no tempo e no espaço.

Uma outra linha desta área de concentração está relacionada às aplicações do controle da poluição, através de análises de cenários, da caracterização de descargas críticas de poluentes e da delimitação de áreas atingidas por descargas acidentais. Estão também envolvidas pesquisas relacionadas à caracterização das águas naturais para abastecimento e das águas residuárias, através de análises físico-químicas e microbiológicas.

 

Como temas mais recentemente incorporados a esta área podem ser incluídos a digestão de biossólidos resultantes do tratamento de esgoto doméstico, a avaliação das características de lodos produzidos em estações de tratamento de água, os reatores operados em processo anaeróbio para o tratamento de esgoto doméstico e de lixiviado de aterro aterro sanitário, os processos oxidativos avançados aplicados ao pré-tratamento de lixiviado de aterro por processo anaeróbio, avaliação de riscos ambientais em aterros sanitários e técnicas de biologia molecular para melhoria da eficiência de reatores anaeróbios.

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Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Recursos Hídricos e Ambiental
Caixa Postal 19011 - Jardim das Américas - 81531-990
Curitiba (PR), Brasil

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