Dr. Alan Cavalcanti da Cunha, Grad. Luis Aramis dos Reis Pinheiro, Dra. Anamaria Sousa Duarte, Msc. Daimio Chaves Brito, Dra. Helenilza Albuquerque da

Dr. Alan Cavalcanti da Cunha, Grad. Luis Aramis dos Reis Pinheiro, Dra. Anamaria Sousa Duarte, Msc. Daimio Chaves Brito, Dra. Helenilza Albuquerque da Cunha

Temática: A biogeoquímica das interações entre terra e água: integrando pequenos reservatórios a grande bacia.

Conferência Científica Internacional LBA/GEOMA/PPBio: Amazônia em Perspectiva: Ciência Integrada para um Futuro Sustentável

Local: ManausData: 17/11/2008

IntroduçãoA dispersão de poluentes na água em zonas estuarinas, próximas de áreas urbanas, é um dos problemas que normalmente influenciam os impactos diretos causados por poluentes à saúde pública e aos ecossistemas aquáticos em geral (CUNHA et. al., 2006; CUNHA et. al., 2007; PINHEIRO e CUNHA, 2008). Na Amazônia e, principalmente no Estado do Amapá, essa temática é ainda pouco estudada, mas é determinante nos processos biogeoquímicos e qualidade da água, como a degradação da matéria orgânica (PINHEIRO et. al., 2008).


Figura 1: Orla de Macapá e estação das docas de Santana

próxima da área estuda.

ObjetivoModelar numericamente o escoamento natural transiente

em rios estuarinos sob condições de impactos ambientais próximos de áreas urbanas - Estado do Amapá.

Simular a hidrodinâmica do escoamento e a dispersão de plumas de poluentes em rios estuarinos sob influência de marés semi-diurnas ao longo da orla urbana de Macapá e Santana.

Elaborar cenários hipotéticos que tratem dos fenômenos governantes da dispersão e autodepuração de poluentes em rios e possíveis ações de monitoramento de poluentes na água, no caso monitorar o posto de capitação da CAESA e a região portuária de Santana.


Materiais e MétodosÁrea de EstudoA zona estuarina

estudada compreende a região costeira de Macapá e Santana . Essa área compreende a parte mais urbanizada do litoral do estado do Amapá indo do Canal do Jandiá até a fronteira do rio vila nova.

Figura 2: a) rio Vila Nova; b) rio Matapi; c) Igarapé do Jandiá; d) posto de captação da CAESA; e) Fortaleza de São José de Macapá FONTE: Google Maps (2008).

b

a

e

d

c

Área = 254.603.000 m²


Materiais e Métodos: Fluxograma


Figura 3: Etapas metodológicas de modelagem. Pinheiro e Cunha (2008).

Materiais e Métodos: desenvolvimento da geometria

Figura-4: (a)Ambiente gráfico do Techdig ; (b) curva gerada a partir dos dados do Techdig; (c) - sólido gerado no Solidworks (mm) e (d) destaque na região que compreende ao posto de captação de água da CAESA.

Fortaleza de São José de Macapá

Posto de Captação

Rio Amazonas


Materiais e Métodos: Geometria de Orla de Macapá e Santana

Figura 5: Domínio 3D da zona estuarina de Macapá e Santana. Pinheiro e Cunha (2008).


Materiais e Métodos: CFX 11.0O cfx 11.0 funciana

na seguinte ordem:Geração da Malha-

cfx-meshingCfx - préCfx - solverCfx – post


Figura 6: Ambiente Grafico CFX 11.0.Fonte: Pinheiro e Cunha (2008).

Materiais e Métodos: CFX-meshing

Características da Malha:Numero de nodos: 211.364Numero de Tetraedros:

791.708Numero de Pirâmides: 0 Numero de Prismas: 0

Figura-7: Ambiente gráfico CFX-meshing, modulo que gera a malha computacional para dar inicio ao pré-processamento.


Materiais e Métodos Pré-processamento: cfx-pré

Intervalo de Tempo: 13 hPassos de tempo: 3 minResultados Transientes: 30

min

1- Orla de Macapá e Santana (região compreendida entre o bairro do Perpetuo Socorro e foz do rio Vila nova), abrange uma área de 254.603.000 m²(região tipo wall, sem deslizamento);2-Rio amazonas(a região que representa o fundo do rio é do tipo wall sem deslizamento e a parte de cima é do tipo wall com deslizamento livre);3-Sentido Norte do Rio (região de entrada e saída de fluxo, região do tipo opening);4-Sentido Sul do Rio (região de entarada e saída de fluxo, região do tipo opening);5- Ilhas do arquipélago do Marajó (região de tipo wall, sem delizamento);6- Secção de simétrica do rio(região tipo symmetry);7-Ponto de controle localizado no posto de capitação de água da Cidade;8-Rios Matapi, a cima, e vila nova em baixo são regiões de entrada e saída de fluxo (tipo opening).9- ponto de emissão de poluente;10 – Ilha de Santana(wall sem deslizamento)

Figura 8: Ambiente gráfico do CFX – Pré - os pontos vermelhos são fontes de emissão de poluentes .

1

72

3

6

4

5

FontesTaxa de Emissão (Kg/s)(Hipotética)

EMISSÃO 1

0,5

EMISSÃO 2

0,05

EMISSÃO 3

0,02

EMISSÃO 4

0,1

EMISSÃO 5

0,3

EMISSÃO 6

0,4

1

2

3

4

5

6

8

10 9

7


Materiais e Métodos Processamento: cfx-solver

Equações de Navier – stokes

Modelo SST (Híbrido do k-Epson e k-ômega)

Métodos Numéricos

Figura-9: Ambiente gráfico CFX - Solver, gráfico de convergência de erros, estes para uma boa simulação devem convergir a baixo de 10 e-04.

a b

Erro = 0.0001


Resultados: Pós-processamento (cfx-post)

Figura-10: Campos de velocidade e dispersão de poluentes no escoamento natural – Orla de Macapá e Santana. Representação de uma ciclo de maré semi-diurna.


Resultados : Monitoramento em um Ponto de Controle

Na Figura 11: distribuição da concentração dos poluentes no posto de captação da CAESA, ao longo de uma maré semidiurna de 13 h.

Observou-se que o pico de concentração de poluente variou entre os intervalos de tempo de t = 6h à t = 12h após o início da maré vazante (t =0). Isto significa que durante 6h o posto de captação pode bombear para a ETA uma quantidade de água com mais alta concentração de poluentes.

Figura 11: Distribuição de concentração de poluente no posto da CAESA (Δt = 13 h).

As máximas concentrações são observadas entre 118 e 238 passos de tempos, um intervalo de 6 horas.


Passo de Tempo

Concentração(Kg/m³)

200 4.72E-05201 4.64E-05202 4.57E-05203 4.50E-05204 4.45E-05205 4.42E-05206 4.41E-05207 4.42E-05208 4.46E-05209 4.53E-05210 4.61E-05211 4.71E-05212 4.83E-05213 4.98E-05214 5.17E-05215 5.41E-05216 5.68E-05217 5.97E-05218 6.27E-05219 6.58E-05220 6.87E-05221 7.16E-05222 7.41E-05223 7.64E-05224 7.83E-05225 7.98E-05226 8.08E-05227 8.13E-05228 8.12E-05229 8.07E-05230 7.96E-05

Tabela2: Intervalo de maior concentração de poluentes

Figura-12: Momento de ocorrência do pico de concentração de poluente simulada no ponto de controle, no passo de tempo t = 681 min, ou 11, 35 h, nota-se pelo campo vetorial que a maré está enchendo.

Posto de Captação de Água


Figura-13:Outra região monitorada foi a desembocadura do rio Matapi, devido a grande atividade econômica nesta região.


Região do porto de Santana

Conclusões As plumas poluentes alcançam, em média durante o ciclo de maré,

uma distancia de aproximadamente 800 m a frente da margem da cidade de Macapá, sendo que o posto de capitação está a 500 m.

As plumas oriundas de Santana se dispersam ao longo da margem da zona estuarina, e retornam com o refluxo da maré, visto que as margens que sofrem impacto são regiões de grande atividade humana, como a praia da fazendinha e o igarapé da Fortaleza. Estas plumas tendem a permanecer região entre a ilha de Santana e o litoral da cidade de Santana. Logo nota-se a influência que a ilha de Santana tem na hidrodinâmica do rio nesta região.

A partir de dados de qualidade da água, que serão coletados no posto de capitação da CAESA, poderá ser feita uma comparação do cenário criado pelo modelo com o cenário real.

Com o modelo devidamente calibrado, podemos modelar diversos cenários, seja a poluição pelos esgotos lançados no rio, a eventos extremos de derrames de combustíveis nesta região, e assim auxiliar a gestão pública com relação à melhoria da disposição destes resíduos e esgotamentos sanitários não tratados.


Referências Cunha, A. C, et. al. “Estudo numérico do escoamento superficial na foz do Rio Matapi –

costa interna estuarine do Amapá”. In: Proceedings of the 11th Brazilian Congress of Thermal Sciences and Engineering – ENCIT, paper CIT-0977. Braz. Soc. of Mechanical Sciences and Engineering -- ABCM, Curitiba, Brazil, Dec. 5-8, 2006.

Cunha, A. C, et. al. “Estudo experimental e numérico da dispersão de poluentes sob efeito de marés na foz do rio matapi - distrito industrial de santana – ap” In: Funcionamento de Ecossistemas Costeiros . Ecolab. 2007.

Cunha, A. C, Cunha, H. F. A. e Siqueira, E. Q. Diffuse Pollution Survey in Rivers of Southeast of Amapá State – Brazil. In: 5th International Conference on Diffuse/Nonpoint Pollution and Watershed. Management, Milwaukee, Wisconsin, Proceedings, EUA, June, 10-15. CD-ROM. 2001a.

Faculdade de Tecnologia da Unb (FT). Treinamento Utilização dos softwares: tecdig, solidworks, Ansys workbench e CFX 11.0, LEA-UNB, Brasília - DF. Julho de 2008.

Pinheiro, L. A. R. e Cunha, A. C. “Desenvolvimento de Modelos Numéricos Aplicados à Dispersão de Poluentes na Água sob Influência de Marés Próximas de Macapá e Santana-AP ”. Relatório de Iniciação Científica, SETEC, Macapá – AP.2008.

Pinheiro. L. A. R. et. al. “Simulação Computacional Aplicada à Dispersão de Poluentes e Analises de Riscos à Captação de Água na Orla de Macapá-AP”. Pesquisa & Iniciação Científica Amapá, Macapá, v.1, n. 4, p. 58-61, 2º semestre. 2008.


Resultados: Vídeo do Escoamento em Um Ciclo de Maré Semi-diurna.


Projeto REMETAPProjeto UNIVERSAL

Projeto REMAMUNIFAP/PPGBIO

SETECLEA-UNB

AMIGOS DO NHMET

Especialmente a Carla


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