Caracterização de sedimento de reservatórios por espectroscopia como suporte para prática de reuso do sedimento em região semiárida
| Ano de defesa: | 2020 |
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Resumo: | Soil erosion by water yields sediment to surface reservoirs, reducing their storage capacities, changing their geometry and degrading water quality. Sediment reuse, i.e. fertilization of agricultural soils with the nutrient-enriched sediment from reservoirs, has been proposed as a recovery strategy. In this study, we characterize the sediment silted in reservoirs in the densely dammed semiarid region of Brazil by VIS-NIR-SWIR spectroscopy and assess the effect of spectral resolution and spatial scale on the accuracy of nitrogen, phosphorus, potassium, carbon, organic matter and clay prediction models. Sediment was sampled in ten reservoirs, and physical and chemical laboratory analyses were performed, as well as spectral readings. Partial least square regressions performed satisfactorily to very well in the prediction of clay, organic matter and carbon at spatial scales from micro (reservoirs < 0.1 km²) to large (catchments from 100 to 10,000 km²). Models for nitrogen, potassium and phosphorus were more unstable and performed unsatisfactorily in some situations. At the macro scale (basins > 10,000 km²), models for all the sediment attributes performed unsatisfactorily, except for clay. Coarsening spectral resolution by up to 10 nm degrades only slightly the models’ performance, indicating the potential of characterizing sediment from spectral data captured at lower resolutions, such as by hyperspectral satellite sensors. By reducing the costly and time-consuming laboratory analyses, the method helps to promote the sediment reuse as a practice of soil and water conservation. |
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Carvalho, Thayslan Renato Anchiêta deMedeiros, Pedro Henrique Augusto2022-05-09T17:08:45Z2022-05-09T17:08:45Z2020CARVALHO, Thayslan Renato Anchiêta de. Caracterização de sedimento de reservatórios por espectroscopia como suporte para prática de reuso do sedimento em região semiárida. 2020. 57 f. Tese (Doutorado em Engenharia Agrícola) – Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2020.http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/65664Soil erosion by water yields sediment to surface reservoirs, reducing their storage capacities, changing their geometry and degrading water quality. Sediment reuse, i.e. fertilization of agricultural soils with the nutrient-enriched sediment from reservoirs, has been proposed as a recovery strategy. In this study, we characterize the sediment silted in reservoirs in the densely dammed semiarid region of Brazil by VIS-NIR-SWIR spectroscopy and assess the effect of spectral resolution and spatial scale on the accuracy of nitrogen, phosphorus, potassium, carbon, organic matter and clay prediction models. Sediment was sampled in ten reservoirs, and physical and chemical laboratory analyses were performed, as well as spectral readings. Partial least square regressions performed satisfactorily to very well in the prediction of clay, organic matter and carbon at spatial scales from micro (reservoirs < 0.1 km²) to large (catchments from 100 to 10,000 km²). Models for nitrogen, potassium and phosphorus were more unstable and performed unsatisfactorily in some situations. At the macro scale (basins > 10,000 km²), models for all the sediment attributes performed unsatisfactorily, except for clay. Coarsening spectral resolution by up to 10 nm degrades only slightly the models’ performance, indicating the potential of characterizing sediment from spectral data captured at lower resolutions, such as by hyperspectral satellite sensors. By reducing the costly and time-consuming laboratory analyses, the method helps to promote the sediment reuse as a practice of soil and water conservation.A erosão do solo pela água produz sedimentos para reservatórios superficiais, reduzindo sua capacidade de armazenamento, alterando sua geometria e degradando a qualidade da água. A reutilização de sedimentos, ou seja, a fertilização de solos agrícolas com o sedimento enriquecido em nutrientes dos reservatórios, foi proposta como uma estratégia de recuperação. Neste estudo, caracterizamos o sedimento assoreado em reservatórios na região semiárida densamente represada do Brasil por espectroscopia VIS-NIR-SWIR e avaliamos o efeito da resolução espectral e escala espacial na precisão de nitrogênio, fósforo, potássio, carbono, matéria orgânica e modelos de previsão de argila. O sedimento foi amostrado em dez reservatórios e realizadas análises físico-químicas laboratoriais e leituras espectrais. As regressões de mínimos quadrados parciais tiveram desempenho satisfatório a muito bom na previsão de argila, matéria orgânica e carbono em escalas espaciais de micro (reservatórios < 0,1 km²) a grande (bacias hidrográficas de 100 a 10.000 km²). Os modelos de nitrogênio, potássio e fósforo foram mais instáveis e apresentaram desempenho insatisfatório em algumas situações. Na escala macro (bacias > 10.000 km²), os modelos para todos os atributos do sedimento apresentaram desempenho insatisfatório, exceto para a argila. O aumento da resolução espectral em até 10 nm degrada apenas ligeiramente o desempenho dos modelos, indicando o potencial de caracterização do sedimento a partir de dados espectrais capturados em resoluções mais baixas, como por sensores de satélite hiperespectrais. Ao reduzir as dispendiosas e demoradas análises laboratoriais, o método ajuda a promover o reaproveitamento de sedimentos como prática de conservação do solo e da água.Reuso de sedimentoEspectroscopiaMínimos quadrados parciaisReservatórios de superfícieSemiáridoBrasilSediment reuseSpectroscopyPartial least squaresSurface reservoirsSemiaridBrazilCaracterização de sedimento de reservatórios por espectroscopia como suporte para prática de reuso do sedimento em região semiáridaCharacterization of reservoir sediment by spectroscopy as support for sediment reuse practice in semi-arid regioninfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisporreponame:Repositório Institucional da Universidade Federal do Ceará (UFC)instname:Universidade Federal do Ceará (UFC)instacron:UFCinfo:eu-repo/semantics/openAccessORIGINAL2020_tese_tracarvalho.pdf2020_tese_tracarvalho.pdfapplication/pdf2945368http://repositorio.ufc.br/bitstream/riufc/65664/3/2020_tese_tracarvalho.pdf161e481b282e4bb793020ed923af0829MD53LICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; charset=utf-82158http://repositorio.ufc.br/bitstream/riufc/65664/4/license.txte63c6ed4faa81e8b90d2fac75971a7d6MD54riufc/656642022-05-09 14:11:14.646oai:repositorio.ufc.br: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Repositório InstitucionalPUBhttp://www.repositorio.ufc.br/ri-oai/requestbu@ufc.br || repositorio@ufc.bropendoar:2022-05-09T17:11:14Repositório Institucional da Universidade Federal do Ceará (UFC) - Universidade Federal do Ceará (UFC)false |
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