RECURSOS HÍDRICOS E SANEAMENTO Prof. Carlos Ruberto Fragoso Jr

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Linhas de PesquisaProjetos de Pesquisa

Temas para dissertação

Prof. Carlos Ruberto Fragoso Jr.

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• Modelagem

• Planejamento, Gestão e Tecnologia– Geoprocessamento aplicado aos recursos

hídricos

Linhas de Pesquisa

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• Desenvolvimento e aprimoramento de modelos hidrológicos

• Integração entre modelos hidrológicos e produtos derivados de sensoriamento remoto, como estimativas de precipitação, evapotranspiração, umidade do solo

• Modelo de inundações considerando eventos de cheias

• Modelo ecológicos, integrando hidrologia e ecologia

Modelagem Matemática

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• Acoplamento entre modelos de rios, de planícies, chuva-vazão e modelos atmosféricos

• Simulação de cenários de ações humanas sobre o regime hidrológico (uso da terra, mudanças climáticas)

Modelagem Matemática

0

100

200

300

400

500

600

700

800

Va

zão

(m³/

s)

simulado observado

ValidaçãoCalibração

Módulo Hidrodrinâmico tridimensional Módulo de qualidade da água e sedimento Módulo biológico Versão Windows (www.peld.ufrgs.br)

O modelo IPH-TRIM3D-PCLake

Novos desenvolvimentos: - Representação do ciclo do carbono, implementação do carbono como variável de estado.

- Representação do bacterioplâncton = simulação da biomassa de bactérias = loop microbiano.

5 grupos de zoops

4 Compartimentos de matéria orgânicaModelagem

GHG

7 grupos funcionais de fitoplâncton

Estrutura do modelo

xy

z

IPH-TRIM3D-PCLake: Modelo hidrodinâmico-ecológico para lagos e

reservatórios

Código desenvolvido e aperfeiçoado desde 2005.

Modelo determinístico – baseado nas equações de conservação de massa e quantidade de

movimento.

Ecossistema é dividido em volumes de controle, nos quais as equações governantes são

numericamente resolvidas para nível d´água (H), velocidade (u,v,w), temperatura (T) e

concentração (C) para os compartimentos bióticos e abióticos dissolvidos e em suspensão.

Modelo baseado em processos para os módulos de qualidade da água e ecológico, os quais

são acoplados às forçantes hidrodinâmicas em um grid 1D, 2D ou 3D.

Representação do fluxo e balanço de massa fechado para os seguintes elementos: DW (peso

seco):C (carbono):N (nitrogênio):P (fósforo).Δzi+1/2,j,k

wi,j,k+1/2

wi,j,k-1/2

ui-1/2,j,k ui+1/2,j,k

ηi,j

0,12

h

x

wi,j,k+1/2

vi,j+1/2,k

ui+1/2,j,k

H (x,y,z,t)

C (x,y,z,t)

T (x,y,z,t)

• Transporte do plâncton e substâncias dissolvidas

• Conectividade entre compartimentos • Influência do vento• Análise de Zonas Mortas• Turbulência (grande escala)• Tempo de residência• Fluxos de deposição• Fluxos de ressuspenssão• Inundações

• Estratificação térmica e química• Eventos de mistura vertical do sistema• Corrente convectivas horizontais – zona

pelágica e litorânea• Intrusão de tributários em reservatórios

xy

z

Plâncton surfista• Transporte• Perdas• Flutuação

Navier-Stokes Equation - Momentum and Continuity Equation Semi-implicit Eulerian-Lagrangian finite differences scheme

(Casulli,1994)

Heat Transport Equation

Balanço de Calor (Chapra, 1992)

Processos Hidrodinâmicos

NH4 NO3 PO4DICIM

RPOM RDOMAllochtonous

Organic Matter

LPOM LDOM

Autochtonous Organic Matter

RPOMRDOM

LPOM LDOM

NH4NO3

PO4DIC

IM

• Processos sedimento-água• Processos ar-água• Hidrólise (POM => DOM)• Mineralização (Bac = 0) (OM=>IM)• Nitrificação/Denitrificação

• Adsorção/Desorção Fósforo • Diagenesis

temporal advection

Turbulent diffusion

Interstitial WaterPorosity = f(Sed)

Top Sediment Composition (10c m)

SiO2

Nit

Denit

O2 DifCO

2 Dif

Hyd

Hyd

Phot

SedRessuspension

DifusionRessuspension

Ads/Des

Inorganic Pools

First Order Kinetics

Miner

Processos Físico-Químicos

OD

Bacteria (DW:C:N:P) AerobicAnaerobic

Phyto (DW:C:N:P)Diatoms (Si), Green-Algae, Blue-Algae

Fish (DW:C:N:P) PlanktivorousOnivorousPiscivorous

Zoops (DW:C:N:P)MicroMesoMacro

Macrophytes (DW:C:N:P)Floating plants non-rootedFloating plants-rootedEmergentSubmerged

IMOD

DIC

OM

OM

Processos Biológicos

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• Processamento de Modelo Digital de Elevação: direções de fluxo, áreas acumuladas de drenagem, comprimentos de rio.

• Monitoramento ambiental por séries temporais de produtos orbitais (precipitação, umidade do solo, temperatura da água, florações de algas em corpos d’água).

Geoprocessamento

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• ECOBEER/REHISA - Processos eco-hidrológicos na Bacia Experimental e Representativa de Santana do Ipanema da Rede de Hidrologia do Semiárido.– Modelagem hidrológica de bacias do semi-árido– Regionalização de vazões– Dimensionamento de reservatórios e açudes do

semi-árido– Previsão de eventos extremos em bacias do semi-

através de modelagem matemática e índices climáticos

Projetos de Pesquisa e temas

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• Dependência na Escala Tempo da Dinâmica da Qualidade da Água (UFRGS/UFAL).– Modelagem hidrodinâmica de lagos e estuários– Modelagem ecológica de lagos e estuários– Avaliação do metabolismo de lagos e estuários– Monitoramento ambiental em alta-frequência– Sensoriamento remoto ambiental

Projetos de Pesquisa e temas

Compreensivo Amostragem Pontual Alta Freqüência

MONITORAMENTO CONTÍNUO E ALTA FREQUÊNCIA DE QUALIDADE DE ÁGUA

Compreensivo Amostragem Pontual Alta Freqüência

ADP

AUTOAMOSTRADOR

FLowCAM

HYPERSPECTRAL

GUINCHO

ESTAÇÃO METEOROLÓGICAS

TELEMETRIA

sondas

• Temp• O2

• CO2

• CDOM• Green• Cyano• Diatom• Brown

NÍVEL

LOGGER / CONTROLADOR

Temp LINE

MONITORAMENTO CONTÍNUO E ALTA FREQUÊNCIA DE QUALIDADE DE ÁGUA

Perfilador e Sonda -YSI

Compreensivo Amostragem Pontual Alta Freqüência

ADP

AUTOAMOSTRADOR

FLowCAM

HYPERSPECTRAL

GUINCHO

ESTAÇÃO METEOROLÓGICAS

TELEMETRIA

sondas

• Temp• O2

• CO2

• CDOM• Green• Cyano• Diatom• Brown

NÍVEL

LOGGER / CONTROLADOR

Temp LINE

MONITORAMENTO CONTÍNUO E ALTA FREQUÊNCIA DE QUALIDADE DE ÁGUA

Hiperespectral -TriOS

Compreensivo Amostragem Pontual Alta Freqüência

ADP

AUTOAMOSTRADOR

FLowCAM

HYPERSPECTRAL

GUINCHO

ESTAÇÃO METEOROLÓGICAS

TELEMETRIA

sondas

• Temp• O2

• CO2

• CDOM• Green• Cyano• Diatom• Brown

NÍVEL

LOGGER / CONTROLADOR

Temp LINE

MONITORAMENTO CONTÍNUO E ALTA FREQUÊNCIA DE QUALIDADE DE ÁGUA

Mini-ADP – Sontek

Compreensivo Amostragem Pontual Alta Freqüência

ADP

AUTOAMOSTRADOR

FLowCAM

HYPERSPECTRAL

GUINCHO

ESTAÇÃO METEOROLÓGICAS

TELEMETRIA

sondas

• Temp• O2

• CO2

• CDOM• Green• Cyano• Diatom• Brown

NÍVEL

LOGGER / CONTROLADOR

Temp LINE

MONITORAMENTO CONTÍNUO E ALTA FREQUÊNCIA DE QUALIDADE DE ÁGUA

CDOM/Chl/Phyc - WETLabs

Compreensivo Amostragem Pontual Alta Freqüência

ADP

AUTOAMOSTRADOR

FLowCAM

HYPERSPECTRAL

GUINCHO

ESTAÇÃO METEOROLÓGICAS

TELEMETRIA

sondas

• Temp• O2

• CO2

• CDOM• Green• Cyano• Diatom• Brown

NÍVEL

LOGGER / CONTROLADOR

Temp LINE

MONITORAMENTO CONTÍNUO E ALTA FREQUÊNCIA DE QUALIDADE DE ÁGUA

Auto Amostrador - ISCO

Compreensivo Amostragem Pontual Alta Freqüência

ADP

AUTOAMOSTRADOR

FLowCAM

HYPERSPECTRAL

GUINCHO

ESTAÇÃO METEOROLÓGICAS

TELEMETRIA

sondas

• Temp• O2

• CO2

• CDOM• Green• Cyano• Diatom• Brown

NÍVEL

LOGGER / CONTROLADOR

Temp LINE

MONITORAMENTO CONTÍNUO E ALTA FREQUÊNCIA DE QUALIDADE DE ÁGUA

FlowCAM

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• Subsídios para o desenvolvimento de indicadores do estado da pesca artesanal/SINPESCA (PPGRHS/PPGDiBiCT).– Estimativa da Produção Primária em ambientes

costeiros através de sensoriamento remoto

Projetos de Pesquisa e temas

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Projetos de Pesquisa e temas