Circulação das águas – Regime hidrológico dos rios afluentes

11:11

Circulação das águas – Regime hidrológico dos rios afluentes

Carlos Ruberto Fragoso Júnior

11:11

Sumário

Importância do regime hidrológico na circulação dos estuários

Características do regime hidrológico Fatores que influenciam o regime Métodos de estimativa do regime

11:11

Importância do regime hidrológico dos rios afluentes nos estuários Em geral os rios trazem a maior parte dos nutrientes e sedimentos para o interior dos lagos, por isso, a circulação originada pelas entradas destes afluentes é particularmente importante;

O regime hidrológico de rios podem determinar o tipo de estuário.

11:11

Cunhasalina

Parcialmentemisturado

Bemmisturado

11:11

Série de Vazões

11:11

Geração de escoamento superficial

Escoamento até a rede de drenagem

Escoamento em rios e canais

Escoamento em reservatórios

Origem do regime hidrológico

11:11

Características do regime

Periodicidade - representa uma forma de variação regular ou oscilatória das vazões,com mudanças diárias, sazonais ou seculares, relacionando-se a vazões que se repetem em intervalos de tempo regulares;

Estacionalidade - a situação na qual não ocorrem modificações nas características estatísticas da série de dados ao longo do tempo;

Frequência - se refere ao número de vezes que se repete uma vazão de determinada magnitude em uma seção do canal durante um determinado intervalo de tempo;

Recorrência - A recorrência é o intervalo médio de tempo que uma vazão de dada magnitude pode ser igualada ou excedida.

11:11

Métodos para estimativa do regime quantitativo - Escoamento Com base nos dados observados

Com base na chuva

11:11

Vazão x nível da água

Medindo o escoamento- A curva chave -

Com base nos dados observados

11:11 Muitas medições de vazão

Medindo o escoamentoCom base nos dados observados

11:11 A curva chave


11:11

Observação contínua

Duas vezes por dia (7:00 e 17:00 horas) verifica o nível na régua.

No escritório converte em vazão usando a curva chave.


11:11

A vazão em um canal pode ser calculada pela equação de Manning:

n

S.RAA. uQ

21

32

h

VazãoCom base nos dados observados (sem curva-chave)

Regionalização

Gerar informação de vazão em locais sem dados.

14

Q=?

Objetivo da regionalização

Criar funções que relacionam vazão com variáveis mais fáceis de estimar:

Área da bacia Precipitação média na bacia Declividade do rio principal Densidade de drenagem Fração da área da bacia com litologia A, B ou C.

15

979,050 A.01294,0Q Exemplo:

Objetivo da regionalização

Equações de regionalização para: Vazão média Vazões mínimas (Q7,10)

Vazões da curva de permanência (Q50; Q90; Q95)

Vazões máximas (QTR=100 anos)

16

Estimativa preliminar: relação de áreas de drenagem

A forma mais simples de regionalização hidrológica é o estabelecimento de uma relação linear entre vazão e área de drenagem da bacia.

Rio C

Rio

B

Rio A

Local de interesse

Local de medição

Suponha que é necessário estimar a vazão média em um local sem dados localizado no rio Camaquã, denominado ponto A.

A área de drenagem no ponto A é de 1700 km2. Dados de um posto fluviométrico localizado no mesmo rio,

no ponto B, cuja área de drenagem é de 1000 km2 indicam uma vazão média de 20 m3.s-1.

A vazão média no ponto A pode ser estimada por:

B

ABA A

AQQ

Relação de áreas

para vazão média para vazão máxima média para vazões da curva de permanência

Vazão específica

É útil, quando se usa a relação de áreas, calcular a vazão específica de uma região:

A

AA A

Qq

2

13

km

sm 2

1

km

sl Unidades: ou

Vazões específicas

21

A

Qq 90

90

A

Qq 10,7

10,7

A

Qq medmed

Limitações Obviamente, o método baseado na relação de áreas ou na

vazão específica tem muitas limitações e não pode ser usado quando a bacia for muito heterogênea quanto às características de relevo, clima, solo e geologia.

Baseado em relação linear com a área da bacia Usa a área da bacia como a única variável necessária para definir a

vazão.

Para estimar vazões máximas em locais sem dados este método tende a superestimar as vazões quando a área de drenagem do ponto sem dados é maior do que a área de drenagem do ponto com dados.

E quando há mais de um posto fluviométrico?

23

Rio C

Rio

B

Rio A

Local de interesse

Local de medição

Qual deve ser escolhido?

Regionalização de vazões

Vazões médias Vazões mínimas Vazões máximas

Regionalização das vazões características Normalmente uma

função como a seguinte aproxima bem a relação entre a área da bacia (A) e a vazão de interesse (Q):

bAaQ a e b devem ser obtidos a partir de dados de postos fluviométricos em uma região homogênea

Região homogênea

Mesmas características de:

clima; Litologia; Solos; Vegetação; Declividade Etc...

26

11:11

Método Racional

Método SCSCom base na chuva

AICQ 278,0

Q = vazão máxima, ou vazão de equilíbrio ou vazão de pico [m3/s] I = intesidade de precipitação [mm/h]A = área da bacia hidrográfica [km2].

11:11

Método SCS

SIaP

IaPQ

2

254CN25400

S

IaP

0Q IaP

5S

Ia

quando

quando

Q = escoamento em mmP = chuva acumulada em mmIa = Perdas iniciaisS = parâmetro de armazenamento

Valores de CN:


11:11

Modelos hidrólogicos IPH2 (concentrado) IPHS1 (concentrado ou distribuído) SWMM (concentrado ou distribuído) MGB-IPH (distribuído) SWAT (distribuído)


11:11

Bacia do rio Verde Pequeno – IPH2

0

20

40

60

1 7 13 19 25 31 37 43 49 55 61 67 73 79 85 91 97 103 109 115

0

10

20

30

40

50

60

70

0 20 40 60 80 100 120 140

tempo

vazõ

es

Observada

simulada

11:11

Rio Taquari - Antas

Quase 27.000 km2 na foz

•solos argilosos•derrame basáltico•alta declividade•pouca sazonalidade

11:11

Bacia Taquari - Antas discretizada

Bloco Uso do solo e cobertura vegetal1 Floresta2 Pastagem3 Agricultura4 Área Urbana5 Água

Não foram considerados os diferentes tipos de solos

269 células

5 blocos

11:11

Postos fluviométricos

Principal posto: Muçum 15.000 km2

11:11

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

jun-73 jul-73 ago-73 set-73 out-73 nov-73 dez-73

Va

zão

(m

3/s

)

Calculada

Observada

Bacia do rio Taquari RS - (30.000 km2)

Posto Muçum15.000 km2

11:11

0

100

200

300

400

500

600

700

01/jun/72 01/jul/72 31/jul/72 30/ago/72 29/set/72 29/out/72 28/nov/72

Vazã

o (m

3/s)

calculada

observada

Bacia do rio Taquari RS - (30.000 km2)

Posto Carreiro4.000 km2

11:11

Métodos para estimativa do regime qualitativo – Cargas e concentrações Com base nos dados observados Com base nas cargas e no escoamento Com base em modelos de qualidade da água

11:11

Com base nos dados observados Amostragem em baixa frequência Utilização de sondas e monitoramento em alta-frequência

11:11

Com base nas cargas e escoamento Cargas pontuais e difusas

Pontuais: Urbanas e Industriais Difusas: Agropecuária, rurais

Identificação de sedes municipais, industriais(cargas pontuais) Mapa de uso do solo (cargas difusas) Tabelas que relacionam uso do solo x cargas

11:11

Cargas Urbanas Dados populacionais dos municípios que fazem parte da bacia Vazão de lançamento igual a 80% da vazão captada Carga de poluentes per capita:

Carga remanescente:

Avaliar possíveis ETE e, consequentemente, redução de cargas

PARÂMETRO UNIDADE FAIXA TÍPICO

DBO5 g.hab-1d-1 40-60 50

Fósforo Total g.hab-1d-1 1,0-4,5 2,5

Coliformes Termotolerantes org.hab-1d-1 108-1011 109

Parâmetro Classes Fator de redução Classes de tratamento/ afastamento

consideradas (IBGE)

DBO

Populações ligadas à rede geral (canalizações mistas)

0,5

rede geral de esgoto ou pluvial

rio, lago ou mar

outro escoadouro

Populações atendidas por fossa séptica (sistema

decantação/ infiltração) 0,85

fossa séptica

fossa rudimentar

Vala

sem banheiro / sanitário

11:11

Cargas Industriais

Dados sobre número de indústrias, tipologia da indústria, cargas (consultar federação Estadual das indústrias)

Outorgas de industriais Cargas:

11:11

Cargas Pecuárias Dados pecuários dos municípios que fazem parte da bacia Carga per capita:

Rebanho DBO Nitrogênio Total Fósforo Total Coliformes Fecais

(kg/ dia/ cabeça) (kg/ dia/ cabeça) (kg/ dia/ cabeça) (106/ dia/ cabeça) Bovino 0,73 0,178 0,043 5400 Equino 0,77 0,136 0,032 5700 Suíno 0,46 0,236 0,082 8900 Aves 0,02 0,0011 0,0003 240

11:11

Cargas Agrícolas Vazão Captada: outorgas ou através de balanço hídrico Carga per capita:

Uso do Solo Nitrogênio Total (kg/ ano/ ha) Fósforo Total (kg/ ano/ ha)

Agricultura 28,1 70,1

Pastagem em Várzea 14,05 35,05

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

Exemplo

Parâmetros conservativos

Parâmetros que não reagem, não alteram a sua concentração por processos físicos, químicos e biológicos, exceto a mistura.

Exemplo: sais

Parâmetros não conservativos Reagem com o ambiente alterando a

concentração. Exemplo: DBO, temperatura, coliformes, OD

Exemplo parâmetro conservativo

AR

AARRF QQ

CQCQC

QR CRQA CA

QF CF

distância

C

Exemplo parâmetro não conservativo

AR

AARRF QQ

CQCQC

QR CR

QA CA

QF CF

distância

C

QF2 CF2

Não conservativos

Reações químicas Consumo na cadeia trófica Sedimentação = deposição no fundo Trocas com a atmosfera

Principais Parâmetros

DBO OD Temperatura Norg, NH3, NO2 e NO3 Porg e PO4 Coliformes Termotolerantes

Cinética de Reações Os poluentes interagem com o meio e,

além da diluição, podem alterar sua concentração por:

Reações químicas Consumo na cadeia trófica Sedimentação = deposição no fundo Trocas com a atmosfera

Em geral, representa-se as transformações das substâncias com modelos simples como o decaimento de primeira ordem, em que a taxa de reação é linearmente proporcional à concentração.

Ckt

C

Reações: exemplo OD e DBO

Um dos exemplos mais interessantes é a interrelação entre OD e DBO em ambiente aquático.

DBO é a quantidade de matéria orgânica capaz de consumir oxigênio rapidamente

OD é o oxigênio dissolvido


Água com certa concentração de DBO significa que o Oxigênio será consumido.

Oxigênio Dissolvido pode ser medido com um oxímetro

Reações: exemplo OD e DBO Medição de DBO:

Tomar amostra com quantidade desconhecida de matéria organica consumidora de OD

Medir concentração de OD Guardar amostra por 5 dias a 20 oC,

sem luz (para evitar fotossíntese) Medir concentração de OD Calcular diferença

Este tipo de medição padronizada resulta num valor conhecido como DBO5,20 porque é realizada durante 5 dias a 20 oC


OD após 5 dias

tempo

ODi

ODf


DBO5,20 = ODi - ODf

OD após 5 dias

tempo

ODi

ODf


Se esperasse mais tempo:

OD após 5 dias

tempo

mais 5 dias


Além disso, o comportamento é razoavelmente previsível a partir dos 5 dias

Segue uma curva exponencial decrescente

OD após 5 dias

tempo

E por que não se espera mais tempo?

Tempo = $$$

L x OD

OD diminuindo, significa que OD está sendo consumido por matéria orgânica que está se degradando (DBO)

Portanto DBO também está diminuindo (L = concentração de DBO) OD = Oxigênio Dissolvido na amostra (não precisa chegar a zero) L = DBO remanescente na amostra (deve acabar chegando a zero)

OD após 5 dias

tempo

L após 5 dias

tempo

Uma equação simples para DBO

Função exponencial decrescente Depende de um parâmetro k1

L após 5 dias

tempo

tk0

1eLL onde:L = DBO remanescenteL0 = DBO remanescente inicial

DBO5,20 x DBO total

DBO5,20 é o consumo de oxigênio durante 5 dias a 20 oC DBO total é o consumo total de oxigênio até que toda a

matéria orgânica tenha sido degradada

L após 5 dias

tempo

tk0


DBO5,20

DBOúltima

Degradação

Degradação em rios x degradação em laboratório

Sedimentação Remoção total

k1 x kd x ks x kr Em rios a remoção de DBO

ocorre tanto por degradação, consumindo oxigênio, como por sedimentação.

Então, a considera-se que o coeficiente total de remoção (kr) é igual à soma de um coeficiente de sedimentação (ks) e de um coeficiente de decaimento bioquímico (kd).

O coeficiente de degradação em rios (kd) tem valores diferentes do que em laboratório

sdr kkk

tk0

reLL e podemos escrever:

k1 x kd x ks x kr

sdr kkk

decaimento (consome OD)

sedimentação não consome OD imediatamente

remoção de DBO

ks = coeficiente de sedimentação

por simplicidade vamos assumir que ks é zero

A sedimentação deveria ser considerada especialmente quando a concentração de DBO é alta, como em efluentes não tratados, e quando a profundidade é pequena

kd: coeficiente de decaimento da DBO em rios

Unidades de dia-1

Valores em garrafa de amostra são diferentes de valores encontrados em rios

Faixa de valores para decaimento em rios rios rasos: kd>1 dia-1

rios profundos: kd=0,30 dia-1

kd: taxa de decaimento da DBO

Faixa de valores para decaimento em rios rios rasos: kd>1 dia-1

rios profundos: kd=0,30 dia-1

4340

d 42

h300k

,

,,

ondekd é o coeficiente de decaimento da DBO em riosh é a profundidade em metros

para profundidades inferiores a 2,4 m

kd: taxa de decaimento da DBO em rios kd depende da temperatura

água mais quente = Kd mais alto = decaimento mais rápido

20T20dTd 0471kk ,,,

47004713000471300k 10203030d ,,,,,,

Exemplo:Qual é o coeficiente de decaimento kd a 30 oC se a 20 oC o valor de kd é 0,30 dia-1?

Outras formas de demanda de Oxigênio na água

Demanda Química de Oxigênio (DQO) Demanda Bioquímica de Oxigênio (DBO) Demanda Bioquímica associada ao Nitrogênio

(NBOD)

DBO é a mais imediata, e frequentemente a mais importante, mas considerar apenas DBO é uma simplificação muito grande

Demanda de Oxigênio

Demanda associada ao nitrogênio não inicia tão rapidamente como demanda associada ao carbono

Vamos limitar nossa análise a DBO carbonácea, ou associadaao carbono (fase inicial)

Voltando à equação simples para DBO

Esta função exponencial decrescente é a solução de uma equação diferencial que representa a variação da DBO ao longo do tempo em um tanque ou reservatório fechado

L após 5 dias

tempo

tk0


Voltando à equação simples para DBO Esta função exponencial decrescente é a

solução de uma equação diferencial que representa a variação da DBO ao longo do tempo em um tanque ou reservatório fechado

tk0

1

1eLL

LVkdt

dLV

onde:L = DBO remanescenteL0 = DBO remanescente inicial

Eq. Diferencial

solução

onde se supõe que a taxa de decaimento de Lé proporcional à concentração de L

Voltando à equação simples para DBO Equação diferencial

LVkdt

dLV 1

onde:L = DBO remanescenteL0 = DBO remanescente inicial

onde se supõe que a taxa de diminuição da concentração de Lé proporcional à concentração de L

“Decaimento de primeira ordem”

Decaimento de primeira ordem

Admite-se que a taxa de variação da concentração é proporcional à concentração.

Ckt

C

Decaimento de primeira ordem Admite-se que a taxa de variação da

concentração é proporcional à concentração.

Ckt

C

tkeCC 0Supondo um tanque ou reatora solução para esta equação é:

t

C

Exemplo

Considere um tanque com àgua a 20oC e com concentração conhecida inicial de OD e DBO:

concentração inicial de DBO L0 = 4 mg/l

concentração inicial de OD C0 = 8 mg/l

O tanque está fechado, impedindo a entrada de ar. O coeficiente de decaimento da DBO é de 0,35 dia-1

Determine os valores de concentração de DBO e de OD no tanque nos próximos dias.

Solução



DBO

OD

LVkdt

dLV 1

LVkdt

dCV 1

Solução



DBO

OD

tk0

1

1eLL

LVkdt

dLV

tk01

1

1eLVkdt

dCV

LVkdt

dCV

Solução


tk01

1

1eLVkdt

dCV

LVkdt

dCV

tk00

1e1LCC

a solução desta equação diferencial é

assim, a concentração de OD no tanque decresce assintoticamente até o valor C0-L0

Solução

tk0

1eLL

tk00

1e1LCC

Exemplo

Uma vazão de 2 m3/s com 10 mg/l de DBO5,20 é lançada em um rio cuja vazão é de 5 m3/s e cuja DBO é zero. Considerando um coeficiente de decaimento kd a 20oC de 0,2 dia-1, que a área de escoamento no rio é de 25 m2, e que a temperatura é de 28 oC,

a) qual é a concentração de DBO no ponto de lançamento?

b) qual é a distância a jusante do ponto de lançamento em que o valor da concentração de DBO cai para 5% do valor no ponto de lançamento?

Solução parte a)

Mistura

lmg86225

10205C

QQ

CQCQC

F

AR

AARRF

/,

A concentração de DBO5,20 no ponto de lançamento é de 2,86 mg/l.

Solução parte b)

Para resolver a parte b iniciamos considerando que diferentes parcelas da água do rio não se misturam mais a partir do ponto de lançamento

Imaginar um trem levando tanques como os do exemplo anterior

a velocidade do trem (u) é igual à velocidade da água no rio

Solução parte b)

Considerando que a água segue rio abaixo sem se misturar mais a partir do ponto de lançamento, podemos considerar que a equação:

pode ser reescrita como

tk0

reLL

ux

rk0 eLL

onde x é a distância atingida ao longo do rio no tempo t, se a água seguir com velocidade u

ondex = u.t

Solução parte b)

Neste caso, a distância para a qual a concentração de DBO cai para 5% do valor no ponto de lançamento pode ser calculada por:

ux

r

ux

r

k00

k0

eLL050

eLL

,

Solução parte b)

e considerando que a taxa de sedimentação (ks) é zero, a taxa de remoção (kr) é igual à taxa de decaimento kd = 0,20 dia-1.

ux

ux

d

20000

k00

eLL050

eLL050

,,

,

e a velocidade pode ser calculada por Q/A ondeQ = 7 m3/sA = 25 m2 u = 0,28 m/s = 24,2 km/dia

Solução parte b)

assim, a distância x pode ser encontrada por

200

050224x

050200

050e

eLL050

224x

200

200

00

224x

224x

,

,ln,

,ln,

,

,

,

,

,

,

,

x = 362 km

E a reoxigenação?

O oxigênio dissolvido na água de um rio vai sendo consumido pela decomposição da matéria orgânica.

Por outro lado, a água é reoxigenada através do contato com o ar atmosférico na superfície.

Valores de OD são dinâmicos em um rio.

Autodepuração de um rio

Autodepuração A introdução de matéria orgânica em um corpo

d'agua resulta, indiretamente, no consumo de oxigênio dissolvido.

Isso se deve aos processos de estabilização da matéria orgânica realizados pelas bactérias decompositoras, as quais utilizam o oxigênio disponível no meio líquido para a sua respiração.

O decréscimo da concentração de oxigênio dissolvido tem diversas implicações do ponto de vista ambiental, constituindo-se em um dos principais problemas de poluição das águas em nosso meio.

VON SPERLING, M.

Autodepuração de um rio

Após o lançamento dos esgotos, o curso d’água poderá se recuperar por mecanismos puramente naturais, constituindo o fenômeno da autodepuração.

distância

COD

Lançamento de esgoto com DBO

Como ocorre a Reoxigenação A direção e a

magnitude do fluxo de oxigênio depende da diferença entre a concentração real e a concentração de saturação.

Esta diferença é chamada déficit de saturação de OD

ODsatODa CCkODdefluxo __

Reoxigenação Concentração de saturação

de OD na água varia com a temperatura

água fria: mais OD na saturação (valores máximos 14 mg/l)

água quente: menos OD na saturação

Reoxigenação ou reaeração depende da turbulência

aumenta com a velocidade da água (máximos de 10 dia-1)

diminui com a profundidade da água (mínimos de 1 dia-1)

Reoxigenação Ao degradar a matéria orgânica (DBO) as bactérias

retiram Oxigênio Dissolvido da água. Por outro lado, a água de um rio recebe oxigênio na

região da superfície, que está em contato com o ar.

ODsatODaDBOdOD CCkCk

dt

dC

consumo de OD reoxigenação

Reoxigenação tem um limite, que é a concentração máximade OD na água para uma dada temperatura

Pesquisador Fórmula Faixa de aplicação

O´Connor e Dobbins (1956)

0,3m<H<9,14m

0,15m/s<V<0,49m/s

Churchill et al (1962)0,61m<H<3,35m

0,55m/s<V<1,52m/s

Owens et al. (1964)0,12m<H<0,73m

0,03m/s<V<0,55m/s

Estimativa de ka por equações empíricas

851

670

a H

V325k

,

,

,

51

50

a H

V933k

,

,

,

ka (dia-1)

V = Velocidade média do curso d´água (m/s)

H = Altura média da lâmina d´água (m)

671a H

V0265k

,,

fonte: Chapra 1997

Estimativa do Coeficiente de reoxigenação em rios Equações empíricas

Larentis (2004)

Reoxigenação em barragens e quedas d’água

onde:r = razão entre o déficit de OD a montante e a jusante da barragemH = diferença do nível da água (metros)T = temperatura da água (°C)a = coeficiente empírico de qualidade de águab = coeficiente empírico de tipo de barragem

(Chapra, 1997)

Reoxigenação em barragens e quedas d’água

Situação a

muito poluída 0.65

moderadamente poluída 1.0

levemente poluída 1.6

água limpa 1.8

Tipo de barragem e descarregador b

Flat broad-crested regular step 0.70

Flat broad-crested irregular step 0.80

Flat broad-crested vertical face 0.60

Flat broad-crested straight-slope face 0.75

Flat broad-crested curved face 0.45

Round broad-crested curved face 0.75

Sharp-crested straight slope face 1.00

Sharp crested vertical face 0.80

Sluice gates 0.05

Coeficiente de qualidade de água

Coeficiente de tipo de barragem

Dependência da temperatura do Coeficiente de reoxigenação

20T20aTa 0241kk ,,,

Modelo de Streeter-Phelps para autodepuração de um rio

O modelo de Streeter-Phelps permite analisar casos simples de lançamentos de efluentes (DBO) em um rio

permite prever consequencias do lançamento sobre o OD do rio

Modelo de Streeter-Phelps

ODsatOD CCD

ODsatODaDBOdOD CCkCk

dt

dC

DkCkdt

dDaDBOd

Equação em termos de OD

Equação em termos de déficit de OD


Considere um rio que recebe contribuição localizada e constante de um efluente com alta DBO

O rio apresenta escoamento uniforme e permanente

Após a mistura inicial do efluente com a água do rio, que se considera imediata, considera-se que a água percorre o rio sem se misturar, como no exemplo do trem.

Mistura

AR

AARRF QQ

CQCQC

QR CR

QA CA

QF CF


em cada tanque ocorredecaimento de DBO, consumo de ODe reoxigenação, mas a água dos tanques não se mistura


tempo e distância se relacionampela velocidadex=u.t

x

Modelo de Streeter-Phelps - DBO

tk0

reLL

ux

rk0 eLL

x

integrando

Modelo de Streeter-Phelps: déficit de OD

DkLkdt

dDar

0D

eLL

0

tk0

r

e

tktk

ra

0dtk0

ara eekk

LkeDD

solução

Modelo de Streeter-Phelps - OD

u

xk

u

xk

ra

0du

xk

0

ara

eekk

LkeDD

x

tktk

ra

0dtk0

ara eekk

LkeDD

Streeter-Phelps

u

xk

u

xk

ra

0du

xk

0

ara

eekk

LkeDD

Streeter-Phelps

u

xk

u

xk

ra

0du

xk

0

ara

eekk

LkeDD

relembrando kd = coeficiente de decaimento (0,3 a >1,0 dia-1) ka = coeficiente de reoxigenação (1 a 10 dia-1) kr = coeficiente de remoção (kr=kd+ks)

se ks=0 então kr=kd

É importante lembrar que x, k, t e u devem ser usadas em unidades compatíveis.

Exercício – cálculo de D0

Um afluente poluído entra num rio relativamente limpo. Calcule a temperatura da mistura e o déficit de oxigênio D0. Considere mistura completa e imediata.

Variável Afluente Rio

Vazão (m3/s) 0,463 5,787

Temperatura (oC) 28 20

OD (mg/l) 2 7,5

Exercício – cálculo de D0

Solução: Considerando que o calor específico da água é

mais ou menos constante, podemos estimar a temperatura da mistura como:

a seguir calculamos a concentração de OD da mistura usando a mesma equação

com base na temperatura, calculamos a concentração de OD na saturação

por fim, calculamos o déficit por: D = CODsat-COD

AR

AARRF QQ

TQTQT

solução Chapra D = 1,906mg/l

432ODsat T

e

T

d

T

c

T

baC exp

Exercício Um afluente poluído entra num rio

relativamente limpo. Calcule a concentração de OD a 10 km da confluência

Variável Afluente Rio

Vazão (m3/s) 0,463 5,787

Temperatura (oC) 28 20

OD (mg/l) 2 7,5

DBO5,20 20 1

u (m/s) 0,2

h (m) 2,5

Exercício

Calcule DBO5,20 da mistura

L0: Estime DBO última da mistura usando k1=0,2 dia-1

Use os resultados do exercício anterior para saber a temperatura e o D0 da mistura.

Use o modelo de Streeter-Phelps para calcular o déficit a 10 km da confluencia, lembrando:

kd = 0,3 dia-1 (deve ser corrigido para a temperatura certa)

ks = 0,0 dia-1

ka pode ser calculado por uma das equações (O’Connor e Dobbins)

11:11Fonte: Rampelloto et al. 2001

11:11

Exemplo

11:11

Modelos de qualidade da água CQual2E SWMM

11:11

Trabalho para casa Considere um trecho de rio que recebe um lançamento de

esgoto no km 100 e recebe contribuição de um tributário no km 60. A seção transversal do rio pode ser aproximada por um seção trapezoidal com características apresentadas na Tabela 1. A taxa de degradação de DBO5,20 é igual a 0,35 dia-1 a 20 °C. No km 20 existe uma taxa de sedimentação de DBO5,20 de 0,20 dia-1. Assumindo que a taxa de reaeração é dada pela equação de O’Connor-Dobbins, determine a concentração de oxigênio dissolvido e DBO5,20 em cada quilômetro do trecho de rio.

Obs: Entregar relatório e script com a rotina de cálculo (arquivo Matlab ou Excel). Não é permitido utilizar script de outra pessoa.

11:11

Trabalho para casa

Parâmetro Unidade > km 100 km 100-60 < km 60

Profundidade m 0,89 1,15 1,35

Área m2 12,5 14,1 17,7

Vazão m3/s 4,21 5,8 7,14

Temperatura °C 20,1 19,4 19,1

Tabela 1

11:11

Trabalho para casa

Km 100Km 80

Km 60Km 40

Km 20

Km 0

Lr = 2 mg/LODr = 7,5 mg/L

Declividade do trecho = 0,0001Declividade do talude = 1,5Largura do rio = 10 mn de Manning = 0,03

Declividade do trecho = 0,00005Declividade do talude = 1,2Largura do rio = 15 mn de Manning = 0,045

LL = 350 mg/LODL = 0 mg/LQL = 0,35 m3/sTL = 28 °C

LL = 8 mg/LODL = 7,1 mg/LQL = 1,56 m3/sTL = 15 °C

Circulação das águas – Regime hidrológico dos rios afluentes

Documents

Transcript of Circulação das águas – Regime hidrológico dos rios afluentes