RECURSOS HÍDRICOS E SANEAMENTO
Prof. Carlos Ruberto Fragoso Jr.
RECURSOS HÍDRICOS E SANEAMENTO
• Modelagem
• Planejamento, Gestão e Tecnologia
– Geoprocessamento
hídricos
aplicado
aos
recursos
RECURSOS HÍDRICOS E SANEAMENTO
• Desenvolvimento e aprimoramento de
modelos hidrológicos
• Integração entre modelos hidrológicos e
produtos derivados
de sensoriamento
remoto, como estimativas de precipitação,
evapotranspiração, umidade do solo
• Modelo de inundações considerando eventos
de cheias
• Modelo ecológicos, integrando hidrologia e
ecologia
RECURSOS HÍDRICOS E SANEAMENTO
• Acoplamento entre modelos de
planícies,
chuva-vazão
e
atmosféricos
• Simulação de cenários de ações
sobre o regime hidrológico (uso
mudanças climáticas)
rios, de
modelos
humanas
da terra,
800
Calibração
Validação
700
Vazão (m³/s)
600
500
400
300
200
100
0
simulado
observado
O modelo IPH-TRIM3D-PCLake




Módulo Hidrodrinâmico tridimensional
Módulo de qualidade da água e sedimento
Módulo biológico
Versão Windows (www.peld.ufrgs.br)
Estrutura do modelo
4 Compartimentos
de matéria orgânica
Modelagem
GHG
7 grupos funcionais
de fitoplâncton
5 grupos de
zoops
Novos desenvolvimentos:
- Representação do ciclo do carbono, implementação do carbono como variável de estado.
- Representação do bacterioplâncton = simulação da biomassa de bactérias = loop microbiano.
IPH-TRIM3D-PCLake: Modelo hidrodinâmico-ecológico para lagos e
reservatórios
 Código desenvolvido e aperfeiçoado desde 2005.
 Modelo determinístico – baseado nas equações de conservação de massa e quantidade de
movimento.
 Ecossistema é dividido em volumes de controle, nos quais as equações governantes são
numericamente resolvidas para nível d´água (H), velocidade (u,v,w), temperatura (T) e
concentração (C) para os compartimentos bióticos e abióticos dissolvidos e em suspensão.
η
 Modelo baseado em processos para os módulos de qualidade da água
e ecológico, os quais
i,j
x
são acoplados às forçantes hidrodinâmicas em um grid 1D, 2D ou 3D.
 Representação do fluxo e balanço de massa fechado para os seguintes
elementos: DW (peso
w
i,j,k+1/2
seco):C (carbono):N (nitrogênio):P (fósforo).
h
ui-1/2,j,k
ui+1/2,j,k
w
H
(x,y,z,t)
C (x,y,z,t)
T (x,y,z,t)
Δzi+1/2,j,k
z
0,12
i,j,k-1/2
wi,j,k+1/2
ui+1/2,j,k
vi,j+1/2,k
x
y
Processos Hidrodinâmicos



Navier-Stokes Equation - Momentum and Continuity Equation
Semi-implicit Eulerian-Lagrangian finite differences scheme
(Casulli,1994)
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Heat Transport Equation
Balanço de Calor
(Chapra, 1992)
•
Transporte do plâncton e substâncias
dissolvidas
Conectividade entre compartimentos
Influência do vento
Análise de Zonas Mortas
Turbulência (grande escala)
Tempo de residência
Fluxos de deposição
Fluxos de ressuspenssão
Inundações
Estratificação térmica e química
Eventos de mistura vertical do sistema
Corrente convectivas horizontais – zona
pelágica e litorânea
Intrusão de tributários em reservatórios
Plâncton
surfista
z
x
y
•
•Transporte
•Perdas
•Flutuação
Processos Físico-Químicos
temporal
advection
Turbulent diffusion
First Order
Kinetics
•
•
•
•
•
Processos sedimento-água
Processos ar-água
Hidrólise (POM => DOM)
Mineralização (Bac = 0) (OM=>IM)
Nitrificação/Denitrificação
•
•
Adsorção/Desorção Fósforo
Diagenesis
O2
Dif
Miner
Allochtonous
Organic
Matter
RPOM
Hyd
RDOM
Hyd
LPOM
LDOM
Nit
Autochtonous
Organic
Matter
IM
NH4
NO3
Denit
Phot
Ads/Des
Sed
Ressuspension
RPOM
Difusion
Ressuspension
RDOM
LPOM
LDOM
IM
NH4
Top Sediment
Composition (10c m)
NO3
PO4
DIC
Interstitial Water
Porosity = f(Sed)
CO
2
Dif
OD
PO4
SiO2
DIC
Inorganic Pools
Processos Biológicos
IM
Phyto (DW:C:N:P)
Diatoms (Si), GreenAlgae, Blue-Algae
Macrophytes (DW:C:N:P)
Floating plants non-rooted
Floating plants-rooted
Emergent
Submerged
OM
Bacteria (DW:C:N:P)
Aerobic
Anaerobic
OD
Zoops (DW:C:N:P)
Micro
Meso
Macro
Fish (DW:C:N:P)
Planktivorous
Onivorous
Piscivorous
DIC
OM
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• Processamento de Modelo Digital de
Elevação:
direções
de
fluxo,
áreas
acumuladas de drenagem, comprimentos de
rio.
• Monitoramento
ambiental
por
séries
temporais de produtos orbitais (precipitação,
umidade do solo, temperatura da água,
florações de algas em corpos d’água).
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• ECOBEER/REHISA Processos
ecohidrológicos na Bacia Experimental e
Representativa de Santana do Ipanema da
Rede de Hidrologia do Semiárido.
– Modelagem hidrológica de bacias do semi-árido
– Regionalização de vazões
– Dimensionamento de reservatórios e açudes do
semi-árido
– Previsão de eventos extremos em bacias do semiatravés de modelagem matemática e índices
climáticos
RECURSOS HÍDRICOS E SANEAMENTO
• Dependência na Escala Tempo da Dinâmica
da Qualidade da Água (UFRGS/UFAL).
–
–
–
–
–
Modelagem hidrodinâmica de lagos e estuários
Modelagem ecológica de lagos e estuários
Avaliação do metabolismo de lagos e estuários
Monitoramento ambiental em alta-frequência
Sensoriamento remoto ambiental
MONITORAMENTO CONTÍNUO E ALTA FREQUÊNCIA DE QUALIDADE DE ÁGUA
Compreensivo
Amostragem Pontual Alta Freqüência
MONITORAMENTO CONTÍNUO E ALTA FREQUÊNCIA DE QUALIDADE DE ÁGUA
Compreensivo
Amostragem Pontual Alta Freqüência
Perfilador e Sonda -YSI
ESTAÇÃO
METEOROLÓGICAS
TELEMETRIA
LOGGER / CONTROLADOR
AUTOAMOSTRADOR
FLowCAM
GUINCHO
•Temp
•O2
•CO2
•CDOM
•Green
•Cyano
•Diatom
•Brown
sondas
HYPERSPECTRAL
NÍVEL
Temp LINE
ADP
MONITORAMENTO CONTÍNUO E ALTA FREQUÊNCIA DE QUALIDADE DE ÁGUA
Compreensivo
Amostragem Pontual Alta Freqüência
Hiperespectral -TriOS
ESTAÇÃO
METEOROLÓGICAS
TELEMETRIA
LOGGER / CONTROLADOR
AUTOAMOSTRADOR
FLowCAM
GUINCHO
•Temp
•O2
•CO2
•CDOM
•Green
•Cyano
•Diatom
•Brown
sondas
HYPERSPECTRAL
NÍVEL
Temp LINE
ADP
MONITORAMENTO CONTÍNUO E ALTA FREQUÊNCIA DE QUALIDADE DE ÁGUA
Compreensivo
Amostragem Pontual Alta Freqüência
Mini-ADP – Sontek
ESTAÇÃO
METEOROLÓGICAS
TELEMETRIA
LOGGER / CONTROLADOR
AUTOAMOSTRADOR
FLowCAM
GUINCHO
•Temp
•O2
•CO2
•CDOM
•Green
•Cyano
•Diatom
•Brown
sondas
HYPERSPECTRAL
NÍVEL
Temp LINE
ADP
MONITORAMENTO CONTÍNUO E ALTA FREQUÊNCIA DE QUALIDADE DE ÁGUA
Compreensivo
Amostragem Pontual Alta Freqüência
CDOM/Chl/Phyc - WETLabs
ESTAÇÃO
METEOROLÓGICAS
TELEMETRIA
LOGGER / CONTROLADOR
AUTOAMOSTRADOR
FLowCAM
GUINCHO
•Temp
•O2
•CO2
•CDOM
•Green
•Cyano
•Diatom
•Brown
sondas
HYPERSPECTRAL
NÍVEL
Temp LINE
ADP
MONITORAMENTO CONTÍNUO E ALTA FREQUÊNCIA DE QUALIDADE DE ÁGUA
Compreensivo
Amostragem Pontual Alta Freqüência
Auto Amostrador - ISCO
ESTAÇÃO
METEOROLÓGICAS
TELEMETRIA
LOGGER / CONTROLADOR
AUTOAMOSTRADOR
FLowCAM
GUINCHO
•Temp
•O2
•CO2
•CDOM
•Green
•Cyano
•Diatom
•Brown
sondas
HYPERSPECTRAL
NÍVEL
Temp LINE
ADP
MONITORAMENTO CONTÍNUO E ALTA FREQUÊNCIA DE QUALIDADE DE ÁGUA
Compreensivo
Amostragem Pontual Alta Freqüência
FlowCAM
ESTAÇÃO
METEOROLÓGICAS
TELEMETRIA
LOGGER / CONTROLADOR
AUTOAMOSTRADOR
FLowCAM
GUINCHO
•Temp
•O2
•CO2
•CDOM
•Green
•Cyano
•Diatom
•Brown
sondas
HYPERSPECTRAL
NÍVEL
Temp LINE
ADP
RECURSOS HÍDRICOS E SANEAMENTO
• Subsídios para o desenvolvimento de
indicadores
do
estado
da
pesca
artesanal/SINPESCA (PPGRHS/PPGDiBiCT).
– Estimativa da Produção Primária em ambientes
costeiros através de sensoriamento remoto
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