Modelagem e Simulação da
Qualidade da Água de Rios
Marlei Roling Scariot e
Prof. Dr. Enrique Ortega
Laboratório de Engenharia Ecológica
Objetivos
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.
Modelagem
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;
d (Im )/ d(t)
JR 
(1  k0.X)
onde:
I =
JR =
X =
k0 =
Energia solar disponível para ser utilizada na produção primária (KJ.dia-1.m-2)
Energia solar não aproveitada pelo sistema
(J.dia-1.m-2)
Concentração do nutriente limitante
(mg.l-1)
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
Produção
Prod. = kmáx. Biom. FP. FI
FP = TP/(kmP + TP)
FI = JR/(Imi + JR)
onde:
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
- DO*ko
+ (Rr)
+ (Prod.)*ko
- DO*OM*kres
- DO*B*F*kf
- DO*OMs*krs
-DO*B*F*kfo
Inflow
Outflow
Reaeration rate
Production inlet
Water column respiration
Fish production
OMs respiration
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;
k rea 
5,32 * v 0,67 * (  )(T - 20)
D 1,85
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
-OM*ko
+A*krOM
-OM*ks
-OM*DO*kom
Inflow
Outflow
Inlet by respiration
OM Sedimentation
Respiration BOD)
Matéria orgânica no sedimento
•
•
•
•
•
d(OMs) / d(t) =
-OMs*DO*B*kbc
+B*kbi
-OMs*DO*krOM
+OM*ksOM
Benthos consumption
Benthos inlet
Respiration
OM sedimentation
Organismos Bentônicos
•
•
•
•
d(B) / d(t) =
-B*kfish
F consumption
+OM*DO*B*kbp Production
-B*DO*kdom
Degradation
Peixes
• +/- Fi*kfi
• -F*kfishing
• +B*DO*F*kpf
Inflow/Outflow
Fishing outlet
Production
Fósforo Total
na coluna d’água
d(TP) / d(t) =
+ TPi*kpi
– TP*kpo
+ TP*kpres
– TPs*kps
– (Prod.)
+ OM*kom
Inflow
Outflow
Resuspension
Lost by sedimentation
Consumption by biomass
OM Respiration
Fósforo Total no Sedimento
d(TPs) / d(t) =
+ TP*kps
- TPs*kpres
+ OMs*koms
Sedimentation income
Output by resuspension
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.
Concentração DO (mg/L)
10
Calculados
Observados
8
6
4
2
Padrão Conama (mínimo)
0
2003
1
2004
2
2005
3
2006
Tempo (anos)
0.7
Calculados
Observados
Concentração TP (mg/L)
0.6
0.5
Padrão Conama (máximo)
0.4
0.3
0.2
0.1
0
2003
1
2004
2
Tempo (anos)
2005
3
2006
Resultados da simulação do trecho Pirassununga.
2004-2005-2006.
Calculados
Observados
Concentraçao DO (mg/L)
10
8
6
4
2
Padrão CONAMA (mínimo)
2004
1
2005
2
2006
3
Tempo (anos)
0.35
Calculados
Observados
Concentraçao TP (mg/L)
0.3
0.25
Padrão CONAMA (máximo)
0.2
0.15
0.1
0.05
0
2004
1
2005
Tempo (anos)
2
2006
3
Verão
Primavera
Inverno
Outono
verão
primavera
inverno
outono
verão
Verão
Tempo (horas)
OBRIGADA!