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Modelagem e Simulação da Qualidade da Água de Rios
Marlei Roling Scariot e
Prof. Dr. Enrique OrtegaLaboratório de Engenharia Ecológica
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ObjetivosObjetivos
Prever o comportamento de cargas orgânicas e fertilizantes (pontuais e difusas) na qualidade da água de um corpo d’água.
Elaborar cenários com a alteração de variáveis
(da qualidade da água e das fontes de poluição)
no espaço e no tempo.
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ModelagemModelagem
A proposta é a de um modelo simples que utiliza como entrada dados
de monitoramento (pluviometria, qualidade da água e fluviometria) para
construir cenários e prever o comportamento ao longo do tempo e do rio.
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Área de estudo
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Modelo
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Dados de Entrada para cada Sub-Trecho
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Variáveis
• Oxigênio Dissolvido
• Fósforo Total
• Fósforo Total no Sedimento
• Biomassa das Algas
• Matéria Orgânica
• Matéria Orgânica no Sedimento
• Organismos Bentônicos
• Peixes
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Diagramação de Sistemas
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Energia Solar
d(Im)/d(t) = JR + k0.JR.X;
onde:I = Energia solar disponível para ser utilizada na produção primária (KJ.dia-1.m-2)JR = Energia solar não aproveitada pelo sistema (J.dia-1.m-2)X = Concentração do nutriente limitante (mg.l-1)k0 = Coeficiente de transferência da energia solar (dia-1)
Im = R1*cos(t*2/24)+R2*cos(t*2/8760);
I = JR.e(-kz)
onde z é a profundidade do rio (m) e k é o coeficiente de extinção da luz
k0.X)(1
d(t)/(Im)d JR
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Produção
Prod. = kmáx. Biom. FP. FI onde:
FP = TP/(kmP + TP)
FI = JR/(Imi + JR)
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Respiração
A produtividade do fitoplâncton é afetada pela respiração.
Resp. = kresp. Biom. O2
Mesmo quando as moléculas de oxigênio não estão disponíveis a respiração continua sob condições anóxidas (redução).
Resp. = kresp. Biom
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Variação temporal do estoque de Oxigênio Dissolvido
d(DO) / d(t) =
+DO_i*ki Inflow - DO*ko Outflow+ (Rr) Reaeration rate+ (Prod.)*ko Production inlet- DO*OM*kres Water column respiration - DO*B*F*kf Fish production- DO*OMs*krs OMs respiration-DO*B*F*kfo Benthos degradation
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ki = ko = Q/V (dia-1); onde Q = vazão volumétrica e V = volume.TR = krea*(Cs - O2_col)
onde Cs é a concentração de saturação do oxigênio na água. Cs é uma função da temperatura, dada pela seguinte equação:
Cs = 14,652–0,41022*T + 0,0079910*T2+ 0,000077774*T3;
1,85
20)-(T0,67
reaD
)(*v*5,32 k
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Biomassa
d(A) / d(t) =
+ (Prod.)*kb Biomass production
-A*kom To the OM in water column
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Matéria Orgânica na coluna d’água
d(OM) / d(t) =
+OM_i*ki Inflow
-OM*ko Outflow
+A*krOM Inlet by respiration
-OM*ks OM Sedimentation
-OM*DO*kom Respiration BOD)
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Matéria orgânica no sedimento
• d(OMs) / d(t) =
• -OMs*DO*B*kbc Benthos consumption
• +B*kbi Benthos inlet
• -OMs*DO*krOM Respiration
• +OM*ksOM OM sedimentation
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Organismos Bentônicos
• d(B) / d(t) =
• -B*kfish F consumption
• +OM*DO*B*kbp Production
• -B*DO*kdom Degradation
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Peixes
• +/- Fi*kfi Inflow/Outflow
• -F*kfishing Fishing outlet
• +B*DO*F*kpf Production
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Fósforo Total na coluna d’água
d(TP) / d(t) =
+ TPi*kpi Inflow– TP*kpo Outflow+ TP*kpres Resuspension – TPs*kps Lost by sedimentation– (Prod.) Consumption by biomass+ OM*kom OM Respiration
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Fósforo Total no Sedimento
d(TPs) / d(t) = + TP*kps Sedimentation income - TPs*kpres Output by resuspension + OMs*koms Input from OMs
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Resultados
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• Resultados temporais:– Variação horária, diária e sazonal
• Resultados espaciais: – Ao longo do rio
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Resultados da simulação do trecho Mogi-Guaçú - Conchal. 2003 a 2006.
1 2 30
2
4
6
8
10
1 2 30
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
CalculadosObservados
CalculadosObservados
Tempo (anos)
Con
cent
raçã
o T
P (
mg/
L)
Tempo (anos)
Con
cent
raçã
o D
O (
mg/
L)
2004 2005 2006 2003
2003 2004 2005 2006
Padrão Conama (mínimo)
Padrão Conama (máximo)
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Resultados da simulação do trecho Pirassununga. 2004-2005-2006.
1 2 3
2
4
6
8
10
Tempo (anos)
Con
cent
raça
o D
O (
mg/
L)
1 2 30
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
0.35
CalculadosObservados
CalculadosObservados
Tempo (anos)
Con
cent
raça
o T
P (
mg/
L)
2004 2005 2006
2004 2005 2006
Padrão CONAMA (mínimo)
Padrão CONAMA (máximo)
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Verão
Outono
Primavera
Inverno
Verão
verãooutono
inverno
primaveraverão
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Tempo (horas)
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OBRIGADA!
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