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Culvert fishways can improve upstream fish passage in brooks and have been studied in relation to North American and Australian species. Research focusing on fish species from other world regions a...

The demand for freshwater resources and climate change pose a simultaneous threat to rivers. Those impacts are often analyzed separately, and some human impacts are widely evaluated in river dynamics&mdash, especially in downstream areas rather than the consequences of land cover changes in headwater reaches. The distinction between anthropogenic and climate on the components of the flow regime is proposed here for an upstream free dam reach whose watershed is responsible for the water supply in Rio de Janeiro. Indicators of hydrologic alteration (IHA) and the range of variability approach (RVA) combined with statistical analyses of anthropogenic and climate parameters indicated that (1) four river flow components (magnitude, frequency, duration, and rate of change) were greatly altered from the previous period (1947 to 1967) and the actual (1994 to 2014), (2) shifts in the sea surface temperature of the Atlantic correlated with flow magnitude, (3) the cattle activity effects on the flow regime of the studied area decreased 42.6% of superficial discharge, global climate change led to a 10.8% reduction in the same river component. This research indicated that climate change will impact the intensification of human actions on rivers in the southeast Brazilian headwaters.

A great variety of silica and alumina-rich materials have been investigated in the production of alkaline activated binders (or geopolymers) with low environment impact, e.g. low CO2 emissions. Geopolymer mortars and concretes may be more environmentally friendly if not only Portland cement but also natural aggregates (sand, gravel) are replaced with waste materials. This article presents results of geopolymers made with tailings from the iron mining industry. The geopolymer matrices are composed of metakaolin (MK) activated with a sodium silicate + sodium hydroxide solution. Two different iron ore tailings replaced a natural quartz aggregate in the geopolymers’ formulation. The hardened properties assessed were compressive strength, water absorption, apparent density and porosity. Scanning electron microscopy (SEM) and x-ray micro computed tomography (µ-CT) were used to assess the changes in the microstructure when the tailings were incorporated into the geopolymers. Results show that the employment of iron ore tailings is not detrimental to the mechanical strength of geopolymers; however, geopolymers containing those alternative aggregates may present higher water absorption and porosity, and durability studies are required.

Physical habitat simulation (PHABSIM) is an important step of the instream flow incremental methodology (IFIM), which is applied to establish environmental flow regimes. This study applied the PHABSIM in two reaches of the Velhas river basin, whose long-term discharges are similar but are under different degrees of impact. Suitability curves were obtained for fish species using traditional methods (Astyanax sp., Piabarchus stramineus, Piabina argentea and Serrapinnus heterodon) and generalized additive models for fish density (Astyanax sp., P. argentea and S. heterodon). The results of habitat use depended on the method for curves generation. Applying the suitability curves by traditional methods, different discharge scenarios were simulated. The flow increasing from a dry scenario to a discharge of 1 year of return promotes a possible habitat increase for all species. However, the same hydrological flow percentiles produce different habitat proportions in different rivers. This work demonstrates that regardless of how suitability curves for the Neotropical species are generated, caution should be taken when applying them. However, the PHABSIM method allows more complex analyses than the traditional approaches based on minimal flow estimations, which is usually applied in South America. RESUMO A simulação de habitat para espécies de peixes (PHABSIM) é uma etapa importante do método Instream Flow Incremental Methodology (IFIM), cuja aplicação está relacionada a determinação da vazão ecológica. O presente estudo aplicou PHABSIM em dois trechos da bacia do rio das Velhas, cujas vazões de médio prazo são semelhantes, mas sob condições de conservação ambiental diferente. Curvas de aptidão foram obtidas para Astyanax sp., Piabarchus stramineus, Piabina argentea e Serrapinnus heterodon através do método tradicional e ajustando modelo aditivos generalizados (Astyanax sp., P. argentea e S. heterodon). Os resultados sugerem uso de habitats diferentes dependendo do modelo utilizado para gerar as curvas. Aplicando as curvas obtidas pelo método tradicional no PHABSIM, diferentes cenários de vazão foram simulados. O aumento da vazão para cheia de um ano de retorno aumenta o habitat provável para todas as espécies. Entretanto, mesmo cenário de vazão, fornecido por análise de hidrológica de percentis de ocorrência, fornece diferente proporção de habitat em diferentes rios. O trabalho demonstra que curvas de aptidão para espécies neotropicais, independentemente da forma de geração, devem ser usadas com cautela. Entretanto, o método PHABSIM permite análises mais elaboradas do que as tradicionais estimativas de vazão mínima empregadas na América do Sul.

La operación de numerosas presas se realiza con el propósito de regular el caudal de los ríos a escala temporal diaria y estacional, para poder aportar energía tanto en picos de consumo como en épocas de bajo caudal o de sequías. Dicha regulación cambia las características del agua y de los ecosistemas acuáticos, alterando la dinámica de materia y energía, la disponibilidad de hábitat físico, y en conjunto la integridad de los ecosistemas. Este estudio propuso un régimen ecológico de caudales para mejorar el estado ecológico del Río Grande bajo la central hidroeléctrica de Itutinga (Minas Gerais, Brasil). En el diseño del régimen ecológico de caudales se combinaron las siguientes herramientas: i) Series temporales de caudales medios diarios; ii) análisis de la respuesta biológica de las comunidades de peces y macro-invertebrados acuáticos ante un experimento de manipulación de los picos de caudales, aguas abajo de la misma central; iii) análisis del régimen actual de caudales mediante Indicadores de Alteración Hidrológica (IHA). La representación del régimen ecológico anual, con un rango de variabilidad, fue construido a partir de un modelo autorregresivo cuyas restricciones fueron obtenidas mediante análisis de cinco componentes fundamentales del régimen hidrológico (magnitud, frecuencia, duración, temporalidad y tasas de cambio) del período anterior (1934-1954) y posterior a la construcción de la presa (1990-2011). Además de los IHA, para la magnitud del caudal se consideró la respuesta biológica de las comunidades de peces y macroinvertebrados acuáticos, así como algunos límites de operación de la central indicados por la empresa hidroeléctrica. El método desarrollado aporta una perspectiva novedosa para los caudales ecológicos en América Latina, debido a su enfoque multidisciplinar, ya que integra información hidrológica, biológica, y datos sobre la operación de presas.

Os rejeitos gerados pela mineração de ferro no Brasil atingem volumes altos e têm aumentado em grande velocidade. Normalmente eles são dispostos em estruturas de pilhas ou em reservatórios formados por barragens de rejeitos, que demandam grandes áreas nos complexos minerários. A limitação dos recursos naturais, bem como a limitação de novas áreas para disposição de resíduos, tem levado a uma mudança de paradigma. Portanto, este trabalho teve como objetivo a aplicação de uma técnica geofísica, conhecida como Radar de penetração (GPR), para definir a existência de padrões de sedimentação na subsuperfície do reservatório criado pela barragem de rejeito do Diogo, em Rio Piracicaba, Minas Gerais, Brasil. Para auxiliar o reconhecimento dos padrões capturados pelo GPR, amostras do material da subsuperfície foram coletadas e analisadas por meio de testes de composição mineralógica, teor de umidade, condutividade elétrica, análise mineralógica e granulometria, fluorescência de Raios-X e difração de Raios-X. Os resultados indicaram que áreas com presença de rejeitos que possuem alta concentração de hematita (em torno de 60% na análise mineralógica) tiveram padrões de reflexão alterados. A presença da água gerou algumas reflexões múltiplas, que foram menos significativas em locais de menor profundidade e com maior presença de rejeito, e mais significativas em locais de maior profundidade e com menor presença de rejeitos. De uma forma geral, foi viável a aplicação do método GPR em ambientes aquáticos com subsuperfície com material depositado rico em hematita.

The swimming ability of neotropical fish species is an important aspect for fish ladder designs. Especially in Latin America, where fish ladders are highly selective, fish strategies to negotiate the passage should be studied focusing on target species. This paper shows the swimming ability of three neotropical species (Leporinus reinhardti, Pimelodus maculatus and Prochilodus costatus), from São Francisco river basin. Respirometer was employed for data collection. Regarding the critical and prolonged speeds, L. reinhardti was the fastest among the three neotropical species in relative values (body length/second). The performance of neotropical species was better when compared to critical and maximum prolonged speeds of fish species from temperate areas. Finally, regarding the experimental procedures, the optimization of swimming speed in respirometer is lower than the optimal processes obtained with free swimming in open channels. A capacidade natatória das espécies neotropicais de peixes é um importante aspecto a ser considerado em projetos de passagem para peixes. Especialmente na América Latina, aonde as passagens para peixes apresentam alta seletividade, estratégias para vencer barreiras de velocidade devem ser estudadas para espécies alvo. Este trabalho levantou a capacidade natatória de três espécies de peixes neotropicais (Leporinus reinhardti, Pimelodus maculatus e Prochilodus costatus) da bacia do rio São Francisco. Foi empregado o método forçado com uso de um em respirômetro. A comparação da velocidade entre as três espécies permitiu concluir que o L. reinhardti foi a espécie com maior velocidade crítica e velocidade prolongada em termos relativos (comprimentos/segundo). As espécies neotropicais foram mais rápidas, em termos relativos, do que as espécies de regiões temperadas, considerando velocidade crítica e máxima velocidade prolongada. Com relação aos procedimentos para determinação da capacidade natatória, verificou-se que a otimização da velocidade pelos peixes em respirômetro é inferior a desenvolvida em testes voluntários em canais abertos.

Flow regulation causes various environmental impacts in the downstream reaches of impounded rivers. The Sao Francisco River (SF) basin is Brazil’s third most important watershed. Several dams have been built in its course in the last four decades, mostly for flow regulation and hydropower generation. This paper presents an evaluation of historical changes in the flood regime. Three regions of the SF River basin, which are under the influence of different levels of regulation, were studied: the lower, middle, and upper SF River. The components of magnitude, frequency, and duration of floods were quantified for each region from 1940 to 1960 (prior to the construction of the first dam) and from 1986 to 2006 (after the last dam). The results have shown the inexistence of big floods in the downstream areas, decreasing durations of small floods as well as significant changes in the annual seasonality of floods. Reductions in the flood frequency were verified in all stretches, even in non-regulated systems, such as the lower Velhas River. The climate variation, which occurred in both period, was not able to explain the changes in the flood regime of Sao Francisco River; therefore, dams and other anthropogenic activity are the main factors promoting the temporal variability of streamflows in the Sao Francisco basin.

Hydropower plant (HPP) operation may influence downstream flow regimes, which can affect the fish movement. In South America, tailrace fisheries are often killed or injured when interacting with spillways and turbines. Hydrodynamic flow-pattern studies are essential to facilitate mitigation. We developed a computational fluid dynamics model to investigate flow downstream of Três Marias HPP (Brazil). Included in the model were the draft tubes, tailrace and a 3-km river reach. We simulated a common scenario consisting of three active turbines on the right side of the powerhouse (109.6, 108.0 and 108.0m3s–1) and three inactive turbines, by using Ansys Fluent (ver. 12). We identified a straight discharge plume from the right-most turbine that was constrained by the right-side wall. Further, there was the generation of significant plumes from Turbines 2 and 3. The maximum velocities in these plumes appears not to be a barrier for Pimelodus maculatus and Prochilodus costatus, because their prolonged swimming speeds for their maximum total length were higher than the modelled velocities. The results will support mitigation decisions such as fish passage and turbine-screen design in this particular HPP and may be a model for further studies in the South America.

The barriers created by dams can cause negative impacts to aquatic communities, and migratory fish species are directly affected. Fishways have been developed to allow the upstream passage of fishes through dams. In Brazil, after the implementation of environmental laws, these structures have been built based on European and American fishway designs. Studies have shown selectivity for different neotropical fishes in some Brazilian fishways, and the main challenge has been to promote upstream passage of a large number of diverse fish species. The patterns of flow circulation within the fish ladder may explain fish selectivity although few studies detail the fish response to hydraulic characteristics of fish ladder flow. This paper presents a laboratory study, where a vertical slot fishway was built in a hydraulic flume and the behavior of two neotropical fish species (Leporinus reinhardti and Pimelodus maculatus) were analyzed. The structure of flow was expressed in terms of mean velocity, Reynolds shear-stress and velocity fluctuation fields. The individuals of Leporinus reinhardti had higher passage success than Pimelodus maculatus in the laboratory flume. Both species preferred areas of low to zero Reynolds shear-stress values. In addition, different preferences were observed for these species concerning the horizontal components of velocity fluctuation. Interrupções em rios, como as causadas por barragens, provocam impactos negativos sobre as comunidades aquáticas e as espécies migratórias de peixes são diretamente afetadas. A fim de permitir a passagem de peixes, mecanismos de transposição são construídos junto a barramentos. No Brasil, após a implantação de leis ambientais, estas estruturas passaram a ser amplamente construídas e foram baseadas em projetos desenvolvidos na Europa e na América do Norte. Análises de mecanismos já construídos têm mostrado grande seletividade para espécies neotropicais e as demandas da diversa fauna de peixes neotropical são apresentadas como principal desafio ao projeto de passagens para peixes. Os padrões de escoamento dentro de escadas para peixes podem explicar a seletividade destes mecanismos, mas poucos estudos detalham a resposta dos peixes às características hidráulicas encontradas dentro das escadas. Este estudo apresenta uma análise realizada em um laboratório onde foi construída uma escada do tipo ranhura vertical e analisados os comportamentos de duas espécies neotropicais (Leporinus reinhardti e Pimelodus maculatus). O escoamento foi estudado considerando os campos de velocidade média, tensão cisalhante de Reynolds e flutuações de velocidades. Os indivíduos da espécie Leporinus reinhardti apresentaram maior sucesso de passagem do que os da espécie Pimelodus maculatus. Ambas as espécies preferiram áreas de tensão de Reynolds igual a zero. Além disso, diferentes preferências foram observadas para cada espécie em relação às componentes horizontais da flutuação da velocidade.

Very little research has been conducted on the swimming capacity of Neotropical fish. The few studies available have focused on large migratory species. The present study used fixed and increasing velocity tests to determine prolonged and sustained speeds of the "pequira", Bryconamericus stramineus Eigenmann, 1908, a small, abundant species found in fish passages implemented at the Parana basin, Brazil. The results of increasing velocity tests showed significant relationships between critical speeds, total and standard lengths, and body weight. When compared with other Neotropical fish, the "pequira" is able to swim faster than individuals of other species of similar length. The point of change from sustained to prolonged swimming was found to occur at an approximate speed of 8.7 lengths per second. These data provide guidance and criteria for design and proper maintenance of structures such as fishways, fish screens and other systems that aim to facilitate or avoid upstream passages as part of management strategies.

The present study used fixed and increasing velocity tests in an experimental apparatus based on Brett's respirometer to examine prolonged and sustained speeds of the "mandi-amarelo", Pimelodus maculatus. When comparing the curves of critical speed versus total length between the mandi and the sockeye salmon Oncorhynchus nerka, it is observed that for an equal total length, the mandi presents a greater speed, probably due to water temperature differences. The sustained speed for the species was estimated in 5 lengths per second and the percentage of fatigued fish within time in a certain velocity was established. The data raised for the mandi represents an important contribution to the improvement of the handling of the species, providing guidance and criteria for designing several structures, such as fishways, fish screens and guidance systems.

The fishways built in Latin America were mainly based on those used in the northern hemisphere for passing salmonids upstream. However, the swimming capacity in terms of speed and endurance is a major factor concerning the design of a fishway, and this information is not available for migratory neotropical fish species. Therefore, studies on swimming performance of neotropical species is fundamental. The aim of this study was to estimate the critical, sustained and prolonged speeds for the piau-três-pintas Leporinus reinhardti, and to evaluate the influence of water temperature on the swimming performance of the species. Variable (increasing) and fixed velocity tests were performed in a respirometer. When compared to other species whose critical speed data are available, the piau showed higher speeds, for a given total length. Fatigue times per prolonged speed class were estimated as well as prolonged speed per fatigue time class. The changing point from sustained to prolonged swimming was estimated to occur approximately at a speed of seven body-lengths per second (1.12 m/s for an individual with 16 cm total length: the first maturation length). In spite of the great swimming performance of piau, the adoption of efficient directives in fishway projects to allow the passage of neotropical ichthyofauna, will depend on a more detailed analysis of the swimming capacity of different species. As passagens para peixes construídas na América Latina são principalmente baseadas nos dispositivos existentes no hemisfério norte que, por sua vez, foram dimensionados para salmonídeos. Entretanto, a capacidade natatória das espécies migradoras, em termos de resistência e velocidade, é o principal fator a ser considerado no dimensionamento de uma passagem para peixes e estas informações ainda não são conhecidas para as espécies migradoras neotropicais. Dessa forma, o estudo da capacidade natatória das espécies neotropicais tornou-se uma necessidade. Este estudo tem como objetivo estimar as velocidades crítica, sustentável e prolongada do piau-três-pintas, Leporinus reinhardti, bem como avaliar a influência da temperatura da água na capacidade natatória. Testes de velocidade variável e fixa foram desenvolvidos em um aparato experimental do tipo respirômetro. Quando comparado a outras espécies, cujos dados de velocidade crítica são disponíveis, observa-se que o piau apresenta velocidades superiores para um mesmo comprimento total. Tempo de fadiga por classe de velocidade prolongada foram obtidos bem como a velocidade prolongada por classes de tempo de fadiga. O ponto de mudança do modo sustentável para o modo prolongado de natação foi estimado ocorrer em, aproximadamente, sete comprimentos por segundo (1.12 m/s para indivíduos com 16 cm de comprimento total: comprimento de primeira maturação). Apesar da grande capacidade natatória do piau, a adoção de critérios eficientes para o projeto de mecanismos de transposição para peixes neotropicais dependerá de análise detalhada da capacidade natatória de diferentes espécies.

Alterações no ciclo hidrológico e no aporte de sedimentos resultam em diferentes respostas do sistema fluvial na busca por um novo estado de equilíbrio geomorfológico. Quando esse aporte é resultante do colapso de uma barragem de rejeitos, a compreensão da resposta do sistema fluvial se mostra fundamental para a definição das estratégias empregadas para a restauração dos cursos hídricos impactados. Assim, esta pesquisa visou estabelecer uma metodologia, baseada no emprego da Universal Soil Loss Equation (USLE), para a avaliação da evolução temporal da erosão marginal e dinâmica de sedimentos de sistemas fluviais, utilizando como referência o estudo de caso do sistema fluvial afetado pelo rompimento da Barragem de Fundão, Mariana (MG). Buscaram-se também as caracterizações geomorfológica e a avaliação dos impactos hidrogeomorfológicos desencadeados nesse sistema fluvial. Para isso, os padrões fluviais foram caracterizados por meio de imagens de satélites anteriores ao evento de ruptura. A análise dos impactos hidromorfológicos foi realizada por meio de imagens de satélite e levantamentos de campo. A estimativa de perda de solo foi realizada por meio da USLE, enquanto a avaliação do transporte de sedimentos foi efetuada utilizando dados de monitoramento de estações mantidas pela Agência Nacional de Águas e Saneamento Básico, Instituto Mineiro de Gestão das Águas e Fundação Renova. Notou-se que o sistema fluvial, antes da ruptura da Barragem de Fundão, possuía características meandrantes, com tendência de evolução para um padrão entrelaçado. As medidas adotadas para mitigar os impactos no sistema fluvial se mostraram muitas vezes inadequadas representadas, por exemplo, pela utilização de enrocamento em margens convexas dos meandros. A análise de sensibilidade em imagens anteriores à ruptura da Barragem de Fundão, utilizando diferentes dados e metodologias, permitiu a definição dos fatores da USLE. Nesta análise de sensibilidade, com relação ao fator erosividade, notou-se que as diferenças de valores médios são muito mais afetadas pela seleção da equação de erosividade do que pelo emprego dos dados provenientes de satélite ou de séries históricas pluviométricas completas. Quanto ao fator topográfico, observou-se que uma menor resolução do modelo digital de elevação (MDE) resulta em taxas de erosão 52% maiores do que aquelas obtidas com um MDE de resolução de maior detalhe. Além disso, a variação do algoritmo empregado (álgebra de mapas, fluxo único ou fluxo múltiplo) resulta em valores médios de erosão com diferenças de até 91%. Dessa forma, para a avaliação das taxas de erosão necessárias à esta pesquisa, o fator topográfico foi obtido a partir de um MDE com resolução de 10 m, considerando o algoritmo de direção de fluxo múltiplo. O fator erosividade foi determinado utilizando dados de precipitação de 62 estações pluviométricas situadas na área delimitada pela Bacia Hidrográfica do Rio Doce. O mapa de solos que contempla a área de estudo, elaborado pela Universidade Federal de Viçosa, aliado à bibliografia e informações fornecidas pela Fundação Renova, permitiram a determinação do fator erodibilidade dos solos e rejeitos. Os fatores de cobertura do solo e de prática conservacionista foram obtidos por meio do Índice de Vegetação de Diferença Normalizada aplicado em 26 imagens do satélite Landsat 8. A maior taxa de erosão foi identificada na imagem de satélite que representa o cenário logo após o rompimento da Barragem de Fundão, correspondendo a uma aumento de cerca de 23% quando comparado com os resultados obtidos na imagem de outubro de 2015. No entanto, a imagem obtida em junho de 2020, que retrata características mais atuais dessa área, indica uma diferença de pouco mais de 1% da taxa de erosão com relação ao cenário anterior ao evento de ruptura. Por sua vez, a avaliação do potencial natural à erosão indica um aumento de aproximadamente 5% na taxa de erosão após o rompimento da Barragem de Fundão. Com relação às medições associadas ao transporte de sedimentos, apenas uma estação de monitoramento mantida pela Fundação Renova possui informações relacionadas às descargas de sedimentos em suspensão, sedimentos de fundo e sólida total, com dados disponíveis apenas a partir de outubro de 2017. Considerando essa estação de monitoramento como exutório da bacia hidrográfica, notou-se que a taxa de erosão é 105 vezes maior do que a descarga sólida total determinada para essa estação. Além de um adequado gerenciamento de riscos associados às estruturas de disposição de rejeitos, ressalta-se a importância de um planejamento e gestão do solo e da água, visando a implementação de estratégias para mitigação dos efeitos das ações antrópicas no meio ambiente. Changes in the hydrological cycle and in the contribution of sediments result in different responses of the fluvial system in the search for a new state of geomorphological equilibrium. When this contribution is the result of the collapse of a tailings dam, understanding the response of the fluvial system is essential for defining the strategies used to restore the impacted water courses. Thus, this research aimed to establish a methodology, based on the use of the Universal Soil Loss Equation (USLE), for the evaluation of the temporal evolution of marginal erosion and sediment dynamics of river systems, using as a reference the case study of the river system affected by the rupture of the Fundão Dam, Mariana (MG). The geomorphological characterizations and the evaluation of the hydrogeomorphological impacts triggered in this fluvial system were also sought. For this, the fluvial patterns were characterized through satellite images prior to the rupture event. The analysis of hydromorphological impacts was carried out through satellite images and field surveys. Soil loss estimation was performed using the USLE, while sediment transport assessment was performed using monitoring data from stations maintained by the National Water and Sanitation Agency, Minas Gerais Institute for Water Management and Renova Foundation. It was noted that the river system, before the Fundão Dam rupture, had meandering characteristics, with a tendency to evolve towards an intertwined pattern. The measures adopted to mitigate the impacts on the river system often proved to be inadequate, represented, for example, using rip rap on the convex edges of the meanders. Sensitivity analysis on images prior to the Fundão Dam failure, using different data and methodologies, allowed the definition of USLE factors. In this sensitivity analysis, about the erosivity factor, it was noted that the differences in mean values are much more affected by the selection of the erosivity equation than using data from satellite or complete rainfall historical series. As for the topographic factor, it was observed that a lower resolution of the digital elevation model (DEM) results in erosion rates 52% higher than those obtained with a higher-detailed DEM. Furthermore, the variation of the employed algorithm (map algebra, single stream, or multiple stream) results in average erosion values with differences of up to 91%. Thus, to evaluate the erosion rates necessary for this research, the topographic factor was obtained from a DEM with a resolution of 10 m, considering the multiple flow direction algorithm. The erosivity factor was determined using precipitation data from 62 rainfall stations located in the area delimited by the Rio Doce Hydrographic Basin. The soil map that includes the study area, prepared by the Federal University of Viçosa, together with the bibliography and information provided by the Renova Foundation, allowed the determination of the soil and tailings erodibility factor. The soil cover and conservation practices factors were obtained through the Normalized Difference Vegetation Index applied to 26 Landsat 8 satellite images. The highest erosion rate was identified in the satellite image that represents the scenario shortly after the rupture of the Fundão Dam, corresponding to an increase of about 23% when compared to the results obtained in the October 2015 image. However, the image obtained in June 2020, which depicts more current characteristics of this area, indicates a difference of little more than 1% of the erosion rate with respect to the scenario prior to the failure event. In tu rn, the assessment of the natural erosion potential indicates an increase of approximately 5% in the erosion rate after the Fundão Dam failure. Regarding the measurements associated with the transport of sediments, only one monitoring station maintained by the Renova Foundation has information related to the discharges of suspended sediments, bottom sediments and total solid, with data available only from October 2017. Considering this station of monitoring as an outlet of the hydrographic basin, it was noted that the erosion rate is 105 times greater than the total solid discharge determined for this station. In addition to adequate risk management associated with tailings disposal structures, the importance of soil and water planning and management is highlighted, aiming at the implementation of strategies to mitigate the effects of human actions on the environment.

CNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico FAPEMIG - Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas Gerais As consequências ambientais, econômicas e sociais das rupturas de barragens são catastróficas e demandam seu conhecimento prévio para minimização dos riscos. Essas consequências são função direta das brechas de ruptura, cujas formas geométricas e os parâmetros de formação, tais como tempo de formação e parâmetros geométricos como largura, altura e declividade dos taludes laterais das brechas devem ser adequadamente representativos para que se possa obter um hidrograma de ruptura (forma, volume e vazão de pico) o mais próximo possível daquele que ocorreria em caso de uma ruptura real de uma estrutura qualquer em estudo. Quanto mais fidedigna esta representação, mais próximas às reais serão as consequências determinadas, criando condições para uma resposta à emergência mais adequada. Esta pesquisa determina os parâmetros de formação de brecha da ruptura hipotética especificamente para o caso de reservatórios em cascata. Para que possam ser determinados estes parâmetros, a metodologia utiliza modelos reduzidos, procurando representar duas barragens próximas, baseados em barragens existentes, para determinar os hidrogramas resultantes de cada barramento após os eventos de ruptura simulados. A partir dos parâmetros obtidos procede-se à simulação em programa de modelagem hidrológica para obter hidrogramas representativos das rupturas, segundo os resultados dos parâmetros de brecha desta pesquisa, considerando os reservatórios em cascata e, para efeito comparativo, procede-se a mesma simulação com parâmetros de brechas de outras pesquisas já realizadas e.g. MacDonald e Langridge-Monopolis (1984), Von Thun e Gillette (1990) e principalmente Froehlich (1987, 1995, 2008). Em seguida, os hidrogramas de ruptura obtidos foram propagados em programa de modelagem hidráulica computacional bidimensional, para obter as respectivas manchas de inundação. Por meio de análise dos parâmetros destas manchas de inundação, profundidade, tensão de arraste, risco hidrodinâmico e velocidade de escoamento, realizou-se uma análise das discrepâncias entre os parâmetros de brecha estimados conforme as diversas metodologias estudadas. Os resultados indicaram um tempo de formação 30% menor e uma brecha 40% mais larga para a barragem de jusante. Para os testes foi desenvolvido um material sintético padronizado, para substituir os solos. Environmental, economic and social consequences of a dam break are catastrophic. Geometric and breach formation parameters, such as formation time, breach width, breach height and breach lateral slope must be adequately estimated to obtain a rupture hydrograph (duration, shape, volume and peak flow) closest to that one which would occur in case of a real rupture. Therefore, dimensional evaluations are required to properly reproduce breach formation mechanisms adequately. By increasing the representativeness of the consequences estimated, the effectiveness of the respective emergency plan is also increased, reducing associated risks. This research evaluates the hypothetical breach formation parameters specifically for reservoirs which fail in cascade. To determine these parameters, the methodology uses reduced models to simulate the failure of two sequential dams, based on existing dams, to determine the outcoming hydrographs. Outflow hydrographs were determined using hydrological modelling software, considering the breach parameters determined on the reduced model of the cascade reservoirs’ failure. The same simulations were carried out with breach parameters from empirical methodologies available in the literature e.g. MacDonald and Langridge-Monopolis (1984), Von Thun and Gillette (1990) and Froehlich (1987, 1995, 2008). These outflow hydrographs were used as input to a two-dimensional computational hydraulic model, from which the respective flood levels were obtained. By analysis of the parameters of these flood maps, depth, flow velocity, shear stress and hydrodynamic risk, the discrepancies between the breach parameters related to each methodology were evaluated. Results indicated a reduction of 30% on breach formation time and a 40% widening on breach width for the downstream dam. For the tests a standardized synthetic material was developed, replacing the soils.