Carlos Ruberto Fragoso Júnior

1. Revisão Prática dos Módulos 1, 2 e 3Introdução aos EstuáriosCirculação de ÁguaProcessos de Transporte Carlos Ruberto Fragoso Júnior

2. Sumário • Revisão Prática • Introdução aos Sistemas Estuarinos • Circulação das Águas • Processos

3. Introdução aos Sistemas Estuarinos

4. Condutividade para salinidade • Utilizar trabalho prático!

5. Condutividade para salinidade • Utilizar trabalho prático!

6. Circulação das Águas no Estuário

7. 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. • 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.

8. 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

9. Fetch • Em português às vezes usa-se “pista” como tradução de fetch.

11. Comprimento de onda • O comprimento de onda em lagos pode ser aproximado pela expressão abaixo: • onde L é o comprimento da onda e H é a altura da onda

12. L Impacto das ondas no fundo do lago Se prof<L/2 movimento da água atinge o fundo Caso contrário, ondas não afetam o fundo

13. 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

14. Estratificação de densidade • 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.

15. Equação de estado da água do mar

16. Exercício • 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.

17. Introdução aos Sistemas Estuarinos

18. Concentração x Carga Concentração: C = massa por unidade de volume e.g. mg/l Note: 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] Exemplo: Volume da amostra = 1000mL Volume de efluente = 50ml S = 1000/50 = 20 i.e. realizou 20 diluições

19. 1a Lei de Fick - Difusão • 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

20. 1a Lei de Fick - Dispersão • 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

21. Coeficiente de dispersão longitudinal Chapra (1997) cap. 14 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)

22. 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 QR CR QF CF

23. 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

24. Capacidade Assimilativa Para rios: Fórmula direta para cálculo da capacidade assimilativa CA = (Max permitido (3mg/l)) – Conc. Rio) x Vazão (m3/d)

25. 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

26. 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 R = [Se/(So-Se)]/(Vr/Vf)

27. 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

28. 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

29. 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 12m3/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.

30. Análise de Salinidade Concentrações a montante e a jusante do lançamento (Material conservativo) Montante: Poluente diluído similar a diluição da salinidade MAR So SALINIDADE Concentração a montante em X: Cx = Cd(Sx/Sd) Sd Sx ‰ Ponto de lançamento - d X

31. 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 0 -> 1 MAR So SALINIDADE Índice de água doce (So – Sx) (So – Sd) ‰ Concentração a jusante em X: Cx = Cd(So-Sx)/(So-Sd) Ponto de lançamento - d X

32. 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

33. 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 • Método do prisma de Maré – fácil de calcular*: • Tf = TxV/(Vt + Vr) • *Prever o limite mais baixo de Tf Onde: T = período de um ciclo de maré V = vol. do estuário Vt = vol. da maré de enchente Vr = vol. do rio

34. 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:

35. 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