Modelagem e Simulação da Qualidade da Água de Rios

1. Modelagem e Simulação da Qualidade da Água de Rios Marlei Roling Scariot e Prof. Dr. Enrique Ortega Laboratório de Engenharia Ecológica

2. 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.

3. 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.

4. Área de estudo

7. Modelo

11. Dados de Entrada para cada Sub-Trecho

13. Variáveis • Oxigênio Dissolvido • Fósforo Total • Fósforo Total no Sedimento • Biomassa das Algas • Matéria Orgânica • Matéria Orgânica no Sedimento • Organismos Bentônicos • Peixes

14. Diagramação de Sistemas

15. Energia Solar d(Im)/d(t) = JR + k0.JR.X; onde: I = Energia solar disponível para ser utilizada na produção primária (KJ.dia-1.m-2) JR = Energia solar não aproveitada pelo sistema (J.dia-1.m-2) X = Concentração do nutriente limitante (mg.l-1) k0 = 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

16. Produção Prod. = kmáx. Biom. FP. FI onde: FP = TP/(kmP + TP) FI = JR/(Imi + JR)

17. 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

18. Variação temporal do estoque de Oxigênio Dissolvido d(DO) / d(t) = +DO_i*ki Inflow - DO*ko Outflow + (Rr) Reaeration rate + (Prod.)*ko Production inlet - DO*OM*kres Water column respiration - DO*B*F*kf Fish production - DO*OMs*krs OMs respiration -DO*B*F*kfo Benthos degradation

19. 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;

20. Biomassa d(A) / d(t) = + (Prod.)*kb Biomass production -A*kom To the OM in water column

21. Matéria Orgânica na coluna d’água d(OM) / d(t) = +OM_i*ki Inflow -OM*ko Outflow +A*krOM Inlet by respiration -OM*ks OM Sedimentation -OM*DO*kom Respiration BOD)

22. Matéria orgânica no sedimento • d(OMs) / d(t) = • -OMs*DO*B*kbc Benthos consumption • +B*kbi Benthos inlet • -OMs*DO*krOM Respiration • +OM*ksOM OM sedimentation

23. Organismos Bentônicos • d(B) / d(t) = • -B*kfish F consumption • +OM*DO*B*kbp Production • -B*DO*kdom Degradation

24. Peixes • +/- Fi*kfi Inflow/Outflow • -F*kfishing Fishing outlet • +B*DO*F*kpf Production

25. Fósforo Total na coluna d’água d(TP) / d(t) = + TPi*kpi Inflow – TP*kpo Outflow + TP*kpres Resuspension – TPs*kps Lost by sedimentation – (Prod.) Consumption by biomass + OM*kom OM Respiration

26. Fósforo Total no Sedimento d(TPs) / d(t) = + TP*kps Sedimentation income - TPs*kpres Output by resuspension + OMs*koms Input from OMs

43. Resultados

44. Resultados temporais: • Variação horária, diária e sazonal • Resultados espaciais: • Ao longo do rio

45. Resultados da simulação do trecho Mogi-Guaçú - Conchal. 2003 a 2006.

46. Resultados da simulação do trecho Pirassununga. 2004-2005-2006.

47. Verão Primavera Inverno Outono verão Verão primavera inverno outono verão

48. Tempo (horas)