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Modelação de transporte de sedimentos e de processos
biogeoquímicos nos sedimentos
Modelação de transporte de sedimentos e de processos
biogeoquímicos nos sedimentos
Luís Fernandes
MARETEC, IST
www.mohid.com
Objectivos
-Relevância dos fluxos de matéria particulada em suspensão em estuários e sistemas costeiros
-Noções e mecanismos de transporte de sedimentos coesivos
-Processos biogeoquímicos nos sedimentos
• Influenciam a penetração da luz
• São o habitat das comunidades bênticas
• Influenciam de forma decisiva o transporte de poluentes
• Influenciam a circulação marítima (dragagens)
Porquê os sedimentos?
SPM
Phyto
O que são sedimentos coesivos?
-São partículas de pequenas dimensões (<63μm)
-Apresentam características de agregação
-Constituídos por argilas, detritos orgânicos e inorgânicos e bactérias
-Têm uma área específica elevada pelo que tendem a adsorver espécies em solução para diminuírem o excesso de energia superficial
Ws
Velocidade de queda
Advecção
Turbulência
Erosão/deposição
Ondas
Processos envolvidos
Ws
Os sedimentos são mais densos que a água, por isso depositam-se. Mas a velocidade a que caem é importante!
)()()()(
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PFz
S
zy
S
yx
S
x
z
Sww
y
vS
x
uS
t
S
zyx
s
VolgFs
SwwCD ssdw
21
Floculação
A velocidade de queda é proporcional ao tamanho da partícula, logo quanto maior o
tamanho da partícula ou agregado de partículas maior a velocidade de queda
S
Vol
C
gw
w
ws
ds
2
Mecanismo de agregação de partículas
Floculação
Sai da frente !!!!
Mais depressa !!
Não consigo !!
Ate já !!!!Vamos ao fundo !!!!
A floculação depende da probabilidade das partículas se encontrarem
- aumenta com o número de partículas- aumenta com a turbulência
Floculação
A eficiência dos choques entre as partículas- aumenta com o número de iões livres- depende das características da partícula (conteúdo em matéria orgânica,
propriedades adesivas,...)
+
+
+
+
aumenta com a salinidade
Cargas iguais repelem-se
Diminui a espessura da dupla camada eléctrica, as forças de Van der Waals sobrepõem-se e as partículas floculam
msS CKw 1
1
21 0.1 mHSs
mHSS CCKCKw
Mas com tantas partículas em suspensão como calcular a velocidade de queda?
Erosão e Deposição
1
CE
bE E
Erosão
CD
bbsD CW
1
Deposição
b0 (CD) (CE)
Consolidação
- Processo de compactação do leito de sedimentos
- Integração do processo numa escala muito mais longa
Fluxos residuais de sedimentos coesivos no estuário do Tejo
descarga do rio Tejo
Maré
0 24 48 72 96 120 144 168 192 216 240 264 288 312 336 360T im e (hours)
0.0E+0
5.0E+7
1.0E+8
1.5E+8
2.0E+8
2.5E+8
3.0E+8
3.5E+8
4.0E+8
4.5E+8
5.0E+8
5.5E+8
6.0E+8
6.5E+8
7.0E+8
7.5E+8
8.0E+8
8.5E+8
9.0E+8
9.5E+8
1.0E+9
Sed
imen
ts in
sus
pens
ion
(kg)
Neap tideamplitude 1.2 m
Spring tideamplitude 3.6 m
Neap tideamplitude 1.9 m
A influência do ciclo maré viva - maré morta
Massa total de sedimentos coesivos em suspensão
-2 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26T im e (hours)
0.50
1.00
1.50
2.00
2.50
3.00
3.50
4.00
Ele
vatio
n (m
)
5E+8
6E+8
7E+8
8E+8
9E+8
1E+9
Tot
al m
ass
(kg)
Total m ass of fine sedim ents in suspensionSpring tide
M outh
M iddle
H ead
-10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20T im e (hours)
0 .50
1.00
1.50
2.00
2.50
3.00
3.50
4.00
Ele
vatio
n (m
)
0 .0E +0
1.0E +8
2.0E +8
3.0E +8
4.0E +8
5.0E +8
6.0E +8
7.0E +8
8.0E +8
9.0E +8
1.0E +9
Tot
al m
ass
(kg)
Total mass of fine sediments in suspensionNeap tide
M outh
M iddle
Head
Maré viva Maré morta
A inflência do ciclo maré viva - maré morta
-2
0
2
4
6
8
10
12
82
82.1
82.3
82.4
82.5
82.7
82.8
82.9 83
83.2
83.3
83.4
83.6
83.7
83.8
Tempo (h)
Prof
undi
dade
(m)
Partícula
Fundo
Aproximação lagrageana do transporte de sedimentos
Localizar o destino final do depósito de uma dragagem (as dragagens podem remobilizar poluentes de novo para a coluna de água)
Distribuição dos poluentes
dissolvido
oparticuladd C
Ck
Coeficiente de partição: distribuição entre as duas fases no equilíbrio; depende da salinidade, propriedades da matéria particulada, pH, tipo de poluente
0,00E+00
2,00E-04
4,00E-04
6,00E-04
8,00E-04
1,00E-03
1,20E-03
1,40E-03
1,60E-03
0 2000 4000 6000 8000 10000
Concentração da fase particulada*
Concentração da fase dissolvida*
Por norma todos os contaminantes apresentam maior afinidade pela fase
particulada
FLOCULAÇÃO
ADSORÇÃO -DESORÇÃO
EROSÃO
TRANSPORTE MARINHO PARA
MONTANTE
DESCARGA FLUVIAL
EXPORTAÇÃO PARA O OCEANO
SEDIMENTAÇÃO
DEPOSIÇÃO
PROCESSOS INTERNOS NOS SEDIMENTOS
MATÉRIA PARTICULADA
FASE DISSOLVIDA
FASE PARTICULADA
Transporte de poluentes
Coluna de água
Sedimentos
Interface água-sedimento
MARÉ RIO
MÓDULO HIDRODINÂMICO
FASE PARTICULADA (TRANPORTE DE SEDIMENTOS)
FASE DISSOLVIDA
VELOCIDADE
DE QUEDAADSORÇÃO - DESORÇÃO
DEPOSIÇÃOEROSÃO
ADSORÇÃO - DESORÇÃO
CONSOLIDAÇÃO
BIOTURBAÇÃO
FASE PARTICULADA FASE DISSOLVIDA
Interface coluna de água - sedimento
Coluna de água
Sedimentos
Bioturbação
Detritos orgânicos
Consumo/excreções
macroalgas
Consumo/excreções/respiração
Mineralização da matéria orgânica
filtradoresPlantas aquáticas
depositívoros
Diagénese
O facto dos sedimentos se tornarem um poço para a matéria particulada
