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Revisão Prática dos Módulos 1, 2 e 3Introdução aos EstuáriosCirculação de ÁguaProcessos de Transporte

Carlos Ruberto Fragoso Júnior

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Sumário

Revisão Prática Introdução aos Sistemas Estuarinos Circulação das Águas Processos

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Introdução aos Sistemas Estuarinos

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Condutividade para salinidade

Utilizar trabalho prático!

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Condutividade para salinidade

Utilizar trabalho prático!

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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.

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.

lc sin2

u

f

ur

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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/sComprimento do lago: 36 km

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Fetch

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:

onde L é o comprimento da onda e H é a altura da onda

H20L

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Impacto das ondas no fundo do lago

L

Se prof<L/2 movimentoda 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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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.

Estratificação de densidade

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Equação de estado da água do mar

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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.

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Introdução aos Sistemas Estuarinos

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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 = 1000mLVolume de efluente = 50mlS = 1000/50 = 20 i.e. realizou 20 diluições

Concentração x Carga

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1a Lei de Fick - Difusão

x

CDJ

• 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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1a Lei de Fick - Dispersão

x

CEJ

• 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

*

22

011.0Uh

BuE

ShgtocisalhamendevelocidadeU *

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)

Chapra (1997) cap. 14

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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:

AR

AARRF QQ

CQCQC

QR CRQA CA

QF CF

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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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Para rios:

Fórmula direta para cálculo da capacidade assimilativa

CA = (Max permitido (3mg/l)) – Conc. Rio) x Vazão (m3/d)

Capacidade Assimilativa

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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

Análise de Salinidade

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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

Sf

SeR = (Sf – Se)/(So-Se) OR

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

Vf

Vr

Análise de Salinidade

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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

Análise de Salinidade

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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

Análise de Salinidade

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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.

Análise de Salinidade

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Concentrações a montante e a jusante do lançamento

(Material conservativo)

Montante: Poluente diluído similar a diluição da salinidade

MAR

Ponto de lançamento - d

X

SALINIDADE

‰

So

Sx

SdConcentração a montante em X:

Cx = Cd(Sx/Sd)

Análise de Salinidade

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Concentrações a montante e a jusante do lançamento

(Material conservativo)

Jusante: Poluente diluído similar à água doce

MAR

Ponto de lançamento - d

X

SALINIDADE

‰

So

Índice de água doce

(So – Sx)(So – Sd)

Concentração a jusante em X:

Cx = Cd(So-Sx)/(So-Sd)

Índice de água doce = (So – Sx)/So

0 -> 1

Análise de Salinidade

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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:

0.1

mg/l

MAR

Análise de Salinidade

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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

Tempo de Descarga e Residência

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• 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):

• Eficiência de descarga:

Onde:

VH = vol. do estuário na maré alta

VL = vol. do estuário na maré baixa

Eficiência da 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