Sistemas Estuarinos CosteirosCarlos Ruberto Fragoso Jnior, Centro de Tecnologia, UFALMDULO III:
Processos de Transporte em Esturios
OBJETIVO
Aprender simples tcnicas de estimativas relacionadas qualidade da gua e suas aplicaes. Estas estimativas so ferramentas importantes que ajudam o entendimento do esturio e ajudam o acesso de tcnicas mais complexas.
Estas tcnicas podem ser utilizadas para uma avaliao premilinar no esturio. SIMPLES ESTIMATIVAS DE QUALIDADE DA GUA
CONTEDO:
IConceitos e definiesIIDiluioIIIBalano de MassaIVAnlise de salinidadeVTempo de residncia
SIMPLES ESTIMATIVAS DE QUALIDADE DA GUA
ICONCEITOS E DEFINIES
MODELOS (Estimativas):Ferramentas que ns usamos para tentar prever razoavelmente consequncias de vrias aes.
Modelos utilizam equaes matemticas para representar a realidade e nos oferecer estimativas de provveis resultados
Em particular aqui, ns desenvolvemos modelos para prever impactos das cargas na qualidade da guaPor exemplo. Se ns aumentassemos a carga de N para 100kg por ms qual seria a concentrao de fitplncton?
Concentrao:C = massa por unidade de volumee.g. mg/l Note: Concentrao (M/V) x taxa de escoamento (V/T) = massa/taxa (M/T)Diluio:S = volume de uma amostra/ volume de efluente na amostra p = 1/S = concentrao relativa[ p: 1/S = 0 gua pura] Fluxo:Quantidade de massa que passa atravs de uma rea em um determinado tempo
Exemplo:Volume da amostra = 1000mLVolume de efluente = 50mlS = 1000/50 = 20 i.e. realizou 20 diluiesICONCEITOS E DEFINIES
Estado Permanente e no Permanente:
Estado Permanente implica que as variveis dentro do sistema no mudam com o tempo.eg rios podem apresentar estado permanente por perodos
No permanente implica que as variveis mudam com respeito ao tempo.eg esturios usualmente no apresentam estado permanente mar semi-diurnaICONCEITOS E DEFINIES
Capacidade assimilativa depende da mistura e diluio:Esturio Grande volume e bem misturado
- Pouco volume e mal misturado
Assim impactos na qualidade da gua so devidos a uma combinao de cargas de poluentes e caractersticas do corpo receptor
ICONCEITOS E DEFINIES
IIDILUIO
Problemas prximo ou afastado da fonte apresentam diferentes taxas e comportamentos:
Difusor realiza rpida diluio inicial O(100)Dentro de horas a diluio incremental da ordem de O(5-10)Padres de circulao locais influenciam significativamente a diluio
IIDILUIO
Exemplo de diluio:
Considere um efluente com DBO = 350mg/l
Concentrao no corpo receptor de DBO = 2mg/l
Diluio 350/2 = 175
Este calculo dita frequentemente o projeto de emissrios
IIDILUIO
IIIBALANO DE MASSA
Os processos ambientais so baseados em trs fundamentais leis da fsica: Conservao da energia Conservao do momento Conservao da massa
Massa no pode ser criada ou destruda, mas meramente transferida ou transformadaIIIBALANO DE MASSA
Massa entrando em um sistema = Mudana de massa no sistema + massa saindo
Massa que entra massa que sai = mudana da massa no sistemaTrecho de rioM que entraM_que saiIIIBALANO DE MASSA
Aplicao do balano de massa (estado permanente)Ponto A: Rio Qr = 10m3/sCr = 3mg/l DBO Efluente Qd = 0.5m3/sCd = 300mg/l DBO Encontre a concentrao de DBO no rio em B: QB x CB = Qr x Cr + QA x CA
or CB = Qr x Cr + QA x CA QB = 17.1mg/lQ = taxa de escoamento C = concentrao de DBOCondio de regime permanenteIIIBALANO DE MASSA
Usado para uma avaliao preliminar:
Rios com mltiplos lanamentos de efluentes e tributrios Esturios lineares simples Diluio inicial aps o ponte de emisso do efluenteIIIBALANO DE MASSA
Modelos de dimenso zero Assume que toda a massa uniformemente misturada em todo o volume
Reator de mistura completa
Simples exemplo Volume (V)= 283x106 m3 Entrada de Mg (M) mensal= 100kgConcentrao mdia = M/V= 0.35mg/l
IIIBALANO DE MASSA
IVANLISE DA SALINIDADE
A partir de medies distribudas de salinidade em um esturio:
Razo de troca por mar Concentraes aproximadas dos poluentes Condies iniciais da qualidade da gua Diluies Capacidade assimilativa e residncia Coeficientes de disperso EstratificaoIVANLISE DA SALINIDADE
Razo de troca por mar (R) : razo entre o volume de gua de boa qualidade que vem do oceano e o volume total de gua que entra durante uma mar enchente.Quanto maior R => melhor a diluio e misturaSoSfSeR = (Sf Se)/(So-Se) ORR = [Se/(So-Se)]/(Vr/Vf)VfVrIVANLISE DA SALINIDADE
Dado um lanamento de um poluente: faa a previso da concentrao no esturio! Use a distribuio de salinidade como um guia No ponto de emisso, assuma que a gua do oceano diluda, mistura-se com o efluente e a gua do tributrio e retorna para o marIVANLISE DA SALINIDADE
Volume de diluio do lanamento:Do balano de massa de sal:QoSo = (Qo+Qe+Qf)SQo = (Qe+Qf)S/(So-S)Vazo total para diluio do efluente:Qd = Qo+Qe+Qf = (Qe+Qf)So/(So-S) Conc. Mdia do efluente prximo ao ponto de emisso:Cd = We/Qd , onde We = Ce.QeIVANLISE DA SALINIDADE
Exemplo: Diluio de efluente (Parte A)
Uma industria lana 0,5m3/s de um efluente contendo 5mg/l de uma sustncia qumica txica. A vazo mnima do tributrio (rio afluente) de 10m3/s. Medies de salinidade no ponto de lanamente e nas guas costeiras ocenicas so de 19ppt e 33ppt, respectivamente.Estime a concentrao mdia da substncia txica na vizinhana do lanamento.
Soluo:Estime o volume de diluio do efluente Qd = (Qe+Qf)So/(So-S) = (0,5 + 10) x 33 / (33 19) = 24,75m3/sEstime a concentrao mdia C = W/Qd = 5 x 0,5 / 24,75 = 0,1mg/l
IVANLISE DA SALINIDADE
Concentraes a montante e a jusante do lanamento(Material conservativo)
Montante: Poluente diludo similar a diluio da salinidade MARPonto de lanamento - dXSALINIDADESoSxSdConcentrao a montante em X:
Cx = Cd(Sx/Sd)IVANLISE DA SALINIDADE
Concentraes a montante e a jusante do lanamento(Material conservativo)
Jusante: Poluente diludo similar gua doce MARPonto de lanamento - dXSALINIDADESondice de gua doce(So Sx)(So Sd)Concentrao a jusante em X:
Cx = Cd(So-Sx)/(So-Sd)ndice de gua doce = (So Sx)/So0 -> 1IVANLISE DA SALINIDADE
Exemplo: Diluio de efluente (Parte B)
Mesmas condies do problema anterior (Parte A) Medidas de salinidade: a) ponto a jusante do lanamento 24ppt b) ponto a montante do lanamento 5pptEstime a concentrao mdia de uma substncia txica nestes dois pontos:
Soluo:Concentrao a jusanteC = 0,1 x (33-24)/(33-19) = 0,064mg/l Concentrao a montante C = 0,1 x 5 / 19 = 0,026mg/l
0.1mg/lMARIVANLISE DA SALINIDADE
Grade de qualidade da gua inicial medies de qualidade da guaOrtofosfatoSalinidadeIVANLISE DA SALINIDADE
Cork Harbour:BOD (mg/l) = 3.17 - 0.0762 (SAL) TN(mg/l N) = 5.36 - 0.145 (SAL) TAN(mg/l N) = 0.335 - 0.00742 (SAL) TON(mg/l N) = 4.41 - 0.127 (SAL) DO(mg/l) = 10.67 + 0.202 (SAL) + 0.00524 (SAL)2 TP (mg/l P) = 0.173 - 0.00375 (SAL) SRP (mg/l P) = 0.0992 - 0.00214 (SAL) CHL (mg/m3)=2.311*SALIVANLISE DA SALINIDADE
Grade de qualidade da gua inicial medies de qualidade da gua
VTEMPO DE DESCARGA E RESIDNCIA
Significncia?
Os tempos de descarga e de residncia so usados para obter entendimento da velocidade mdia de renovao e reteno de material.
Particularmente eles so teis em intercomparaes entre esturios
O tempo de residncia pode ser relacionado ao crescimento de algas muito tel para qualidade da gua
preciso experincia para avaliar os valores estimadose.g. Um tempo de descarga de 10 dias curto ou longo?VTEMPO DE DESCARGA E RESIDNCIA
Intercomparaes:VTEMPO DE DESCARGA E RESIDNCIA
ESTURIOBLVM106VH106HP106RTf[m][m][m3][m3][m][m3][m3/s][d]
Dublin9808131785036016.60.32671Kinsale550500018226.70.332163Wexford 55202682060751.90.4172710Casheen 1690344548606.70.38015Cork 4320250202833585.30.416722Killary 9751460012413811.50.198660Shannon 3024875078701945617.10.16172116Galway13090298103310369813.20.2182521Dingle925047500166301723033.70.0720871
Metodologias existentes
Mtodo do Prisma de Mar Mtodo do Prisma de Mar ModificadoModelos de Caixa Modelo de Prisma de Mar de PritchardModelos de caixa de escritrioModelos de Prisma de Mar de Robinson Mtodo do balano de SalMtodo da frao de gua doce Teorema do hidrograma de KnudsenMixed and New Water Concept Modelo do fator de escoamento Circulao de sumidouro/jato Estudos de decaimento de corante conservativo Teoria do tamanho de mistura Modelos de escala fsica VTEMPO DE DESCARGA E RESIDNCIA
Diferentes tipos e definies
a) Tempo de descarga:Tempo para substituir o volume de gua doce (Vf) dentro de um esturio a uma taxa de escoamento atravs do esturio (R)
Tf = Vf/R
Requer muito esforo de medio para calcular Vf
Mtodo do prisma de Mar fcil de calcular*:Tf = TxV/(Vt + Vr)*Prever o limite mais baixo de TfOnde:T = perodo de um ciclo de marV = vol. do esturioVt = vol. da mar de enchenteVr = vol. do rioVTEMPO DE DESCARGA E RESIDNCIA
b) Tempo de residncia:O tempo mdio de uma dada particula em um esturio
Similar ao conceito de tempo de reverso: O tempo requerido para remover 63% da gua em um esturio
Mais difcil de calcular do
