Modelagem e Simulação da Qualidade da Água de Rios

Marlei Roling Scariot e

Prof. Dr. Enrique OrtegaLaboratório de Engenharia Ecológica

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.

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.

Área de estudo

Modelo

Dados de Entrada para cada Sub-Trecho

Variáveis

• Oxigênio Dissolvido

• Fósforo Total

• Fósforo Total no Sedimento

• Biomassa das Algas

• Matéria Orgânica

• Matéria Orgânica no Sedimento

• Organismos Bentônicos

• Peixes

Diagramação de Sistemas

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

Produção

Prod. = kmáx. Biom. FP. FI onde:

FP = TP/(kmP + TP)

FI = JR/(Imi + JR)

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

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

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

Biomassa

d(A) / d(t) =

+ (Prod.)*kb Biomass production

-A*kom To the OM in water column

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)

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

Organismos Bentônicos

• d(B) / d(t) =

• -B*kfish F consumption

• +OM*DO*B*kbp Production

• -B*DO*kdom Degradation

Peixes

• +/- Fi*kfi Inflow/Outflow

• -F*kfishing Fishing outlet

• +B*DO*F*kpf Production

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

Fósforo Total no Sedimento

d(TPs) / d(t) = + TP*kps Sedimentation income - TPs*kpres Output by resuspension + OMs*koms Input from OMs

Resultados

• Resultados temporais:– Variação horária, diária e sazonal

• Resultados espaciais: – Ao longo do rio

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)

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)

Verão

Outono

Primavera

Inverno

Verão

verãooutono

inverno

primaveraverão

Tempo (horas)

OBRIGADA!