Revisão Prática dos Módulos 1, 2 e 3
Introdução aos Estuários
Circulação de Água
Processos de Transporte
Carlos Ruberto Fragoso Júnior
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Sumário




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Revisão Prática
Introdução aos Sistemas Estuarinos
Circulação das Águas
Processos
Introdução aos Sistemas Estuarinos
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Condutividade para salinidade

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Utilizar trabalho prático!
Condutividade para salinidade

11:11
Utilizar trabalho prático!
Circulação das Águas no Estuário
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Força de Coriolis

Os efeitos da força de Coriolis tornam-se significativos em lagos
e estuários maiores do que 5.rc; onde rc é um raio característico
que depende da velocidade média da água e da latitude.
u
u
rc  
f 2    sinl 

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onde rc é o raio característico de circulação inercial (m); u é
velocidade média da água (m.s-1);  é a velocidade angular da
terra (7,29 . 10-5 rad.s-1); e l é a latitude.
Exercício

Avalie se o efeito de Coriolis na circulação é significativo no lago
Guaíba (-30,24o; -51,4o).
Dados:
Velocidade média da água: 0,15 m/s
Comprimento do lago: 36 km
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Fetch

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Em português às vezes usa-se “pista” como
tradução de fetch.
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Comprimento de onda

O comprimento de onda em lagos pode ser
aproximado pela expressão abaixo:
L  20  H

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onde L é o comprimento da onda e H é a altura da
onda
Impacto das ondas no fundo do lago
L
Se prof<L/2 movimento
da água atinge o fundo
Caso contrário, ondas não
afetam o fundo
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Exercício

Um vento de 50 km/h atuando no eixo
longitudinal do Estuário Paraíba (L = 100 km) é
suficiente para provocar resuspensão de
material no sedimento?
Dados:
Profundidade média da lagoa: 2 m
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Estratificação de densidade





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Pode ser térmica ou salina;
A estratificação provoca estabilidade na coluna d’água;
Estabilidade significa menos turbulência e menos
mistura;
São vários impactos sobre a qualidade da água, é o
principal fator de interferência na qualidade da água em
lagos;
A estratificação térmica foi observada pela primeira vez
em lagos suíços em 1880.
Equação de estado da água do mar
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Exercício

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Calcular a densidade média da água de um
estuário com temperatura média de 16oC,
salinidade média de 12 ppt e profundidade
média de 3 m.
Introdução aos Sistemas Estuarinos
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Concentração x Carga
Concentração:
Note:
C=
massa por unidade de volume
e.g.
mg/l
Concentração (M/V) x taxa de escoamento (V/T) = massa/taxa (M/T)
Diluição:
S = volume de uma amostra/ volume de efluente na amostra
p = 1/S
= concentração relativa
[ p: 1/S = 0 água pura]
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Exemplo:
Volume da amostra = 1000mL
Volume de efluente = 50ml
S = 1000/50 = 20
i.e. realizou 20 diluições
a
1
Lei de Fick - Difusão
C
J  D 
x
• D é um coeficiente de difusão (unidades de m2/s)
• J é o fluxo de massa de C
• massa vai de regiões de mais alta para mais baixa concentração
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a
1
Lei de Fick - Dispersão
C
J  E 
x
• E é um coeficiente de dispersão (unidades de m2/s)
• J é o fluxo de massa de C
• massa vai de regiões de mais alta para mais baixa concentração
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Coeficiente de dispersão longitudinal
u B
E  0.011
*
h U
2
2
Chapra (1997) cap. 14
U *  velocidade de cisalhamento  g  h  S
E: coeficiente de dispersão longitudinal (m2/s)
B: largura do rio (m)
h: profundidade (m)
u: velocidade da água (m/s)
S: declividade média (m/m)
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Mistura

De forma semelhante, quando são misturados volumes de água com
concentrações diferentes, a concentração final equivale a uma média
ponderada das concentrações originais, o mesmo ocorrendo no caso
de vazões. Assim, se um rio com vazão QR e concentração CR recebe
a entrada de um afluente com vazão QA e com concentração CA.
Admitindo uma rápida e completa mistura das águas, a concentração
final é dada por:
QA CA
QF CF
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QR CR
QR  C R  Q A  C A
CF 
QR  Q A
Exercício
Uma cidade de 300 mil habitantes lança seu esgoto in natura em
um rio com vazão de 2 m3/s e concentração 0,1 mg/L de DBO.
Avalie se a concentração de DBO após o lançamento ficará
acima do limite estabelecido para classe 2 (CONAMA 357).
Considere que a vazão de esgoto é 80% da vazão de
abastecimento.
Dados:
- Capitação per capita para abastecimento: 200 L/hab/dia
- Carga de DBO per capita: 54 g de DBO/hab/dia
- Limite da Classe 2 de DBO: 5 mg/L

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Capacidade Assimilativa
Para rios:
Fórmula direta para cálculo da capacidade assimilativa
CA = (Max permitido (3mg/l)) – Conc. Rio) x Vazão (m3/d)
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Análise de Salinidade
A partir de medições distribuídas de salinidade em um
estuário:
• Razão de troca por maré
• Concentrações aproximadas dos poluentes
• Condições iniciais da qualidade da água
• Diluições
• Capacidade assimilativa e residência
• Coeficientes de dispersão
• Estratificação
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Análise de Salinidade
Razão de troca por maré (R) : razão entre o volume de água de boa
qualidade que vem do oceano e o volume total de água que entra durante uma
maré enchente.
Quanto maior R => melhor a diluição e mistura
So
Vf
Sf
Vr
Se
R = (Sf – Se)/(So-Se)
OR
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R = [Se/(So-Se)]/(Vr/Vf)
Análise de Salinidade
Dado um lançamento de um poluente:
faça a previsão da concentração no estuário!
• Use a distribuição de salinidade
como um guia
• No ponto de emissão, assuma
que a água do oceano é diluída,
mistura-se com o efluente e a
água do tributário e retorna para
o mar
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Análise de Salinidade
Volume de diluição do lançamento:
Do balanço de massa de sal:
QoSo = (Qo+Qe+Qf)S
Qo = (Qe+Qf)S/(So-S)
Vazão total para diluição do efluente:
Qd = Qo+Qe+Qf
= (Qe+Qf)So/(So-S)
∴ Conc. Média do efluente próximo ao
ponto de emissão:
Cd = We/Qd , onde We = Ce.Qe
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Análise de Salinidade
Exercício: Diluição de efluente
•
O Hiperbompreço lança 0,1m3/s de esgoto na lagoa Mundaú contendo 3 mg/l de fósforo total. A
vazão mínima do rio Mundaú (rio afluente) é de 12m 3/s.
•
Medições de salinidade no ponto de lançamento e nas águas costeiras oceânicas são de 12 ppt e
34ppt, respectivamente.
•
Estime a concentração média da substância tóxica na vizinhança do lançamento.
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Análise de Salinidade
Concentrações a montante e a jusante do lançamento
(Material conservativo)
Montante:
Poluente diluído similar a diluição da salinidade
MAR
S
A
L
I
N
I
D
A
D
E
So
Concentração a montante em X:
Sd
Sx
Cx = Cd(Sx/Sd)
‰
Ponto de
lançamento - d
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X
Análise de Salinidade
Concentrações a montante e a jusante do lançamento
(Material conservativo)
Jusante:
Poluente diluído similar à água doce
Índice de água doce = (So – Sx)/So
MAR
S
A
L
I
N
I
D
A
D
E
0 -> 1
So
(So – Sx)
‰
(So – Sd)
Índice de
água doce
Concentração a jusante em X:
Cx = Cd(So-Sx)/(So-Sd)
X
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Ponto de
lançamento - d
Análise de Salinidade
Exercício: Diluição de efluente (Parte B)
•
Mesmas condições do problema anterior (Parte A)
•
Medidas de salinidade: a) ponto a jusante do lançamento 17ppt
b) ponto a montante do lançamento 2 ppt
•
Estime a concentração média de fósforo total nestes dois pontos:
MAR
0.1
mg/l
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Tempo de Descarga e Residência
Diferentes tipos e definições
a) Tempo de descarga:
Tempo para substituir o volume de água doce (Vf) dentro de um estuário a uma
taxa de escoamento através do estuário (R)
Tf = Vf/R
• Requer muito esforço de medição para calcular Vf
Onde:
• Método do prisma de Maré – fácil de calcular*:
T = período de um ciclo de maré
V = vol. do estuário
Tf = TxV/(Vt + Vr)
*Prever o limite mais baixo de Tf
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Vt = vol. da maré de enchente
Vr = vol. do rio
Eficiência da Descarga
• Coeficiente de troca por ciclo de maré (E):
Fração da água que é removida e substituida durante cada ciclo de maré
Similar ao Razão de troca por Maré (R) – visto anteriormente
• Razão de Prisma de Maré (Tidal Prism Ratio):
Onde:
VH = vol. do estuário na maré alta
VL = vol. do estuário na maré baixa
• Eficiência de descarga:
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Exercício

Estime a eficiência de renovação das águas de um estuário em
uma maré de quadratura semi-diurna (min. 0,6 m e max. 1.5 m)
Dados:
Curva cota(m)-volume(m3):
Vazão média do rio: 2 m3/s
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