Cargas externas de poluentes. Princípios da Modelagem e Controle da Qualidade da Água Superficial Regina Kishi, 10/23/2014, Página 1

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1 Cargas externas de poluentes Princípios da Modelagem e Controle da Qualidade da Água Superficial Regina Kishi, 10/23/2014, Página 1

2 Grandezas: Massa & Concentração Concentração: C = m/v Variáveis Sólidos dissolvidos totais, salinidade: g/l = kg/m 3 = 10-3 = ppt* OD, DBO, nitrogênio mg/l = g/ m 3 = 10-6 = ppm Fósforo, clorofila a, tóxicos g/l = mg/ m 3 = 10-9 = ppb Tóxicos ng/l = g/ m 3 = = ppt Densidade da água 1g/cm 3 g m m g (1g / cm 3 m 6 ) 10 cm g 6 10 g ppm Princípios da Modelagem e Controle da Qualidade da Água Superficial Regina Kishi, 10/23/2014, Página 2

3 Taxas Carga de massa: Taxa de massa de poluente num determinado período t W = m/t W = Q*C Fluxo volumétrico: Equação da Continuidade Q=u*A t A t Q u Fluxo de massa: taxa de movimento da massa normalizado pela área J J m t A t u C Princípios da Modelagem e Controle da Qualidade da Água Superficial Regina Kishi, 10/23/2014, Página 3

4 Cargas externas de poluentes Fontes pontuais Descarga contínua Esgoto doméstico Esgoto industrial Fontes difusas Descarga não contínua Drenagem urbana Drenagem agrícola Tributários Q Q t t C C t t Princípios da Modelagem e Controle da Qualidade da Água Superficial Regina Kishi, 10/23/2014, Página 4

5 a) Cargas de fonte pontual C W(t) = Q(t) x C(t) C C Princípios da Modelagem e Controle da Qualidade da Água Superficial Regina Kishi, 10/23/2014, Página 5

6 b) Cargas de fonte intermitente (difusa) Carga média por evento (Di Toro, 1979) W R = C x Q R C: Concentração média (M/L 3 ) Carga média longo período W A WRD D: Duração média dos eventos (T) Δ: Intervalo médio entre eventos (T). Pelo menos 5 anos de dados. Princípios da Modelagem e Controle da Qualidade da Água Superficial Regina Kishi, 10/23/2014, Página 6

7 Escoamento superficial Fórmula racional (método mais simples, atentar para as considerações, simplificações e limitações do método) Vazão de escoamento superficial Q R = C x I x A Q R : Vazão de pico de escoamento superficial do evento (L 2 /T) C: Coeficiente de escoamento superficial = f(uso do solo, densidade população, grau de permeabilidade do solo) I: Intensidade da precipitação (L/T) A: Área de drenagem (L 2 ) Obs.: Existem outros métodos e modelos para estimar Q Princípios da Modelagem e Controle da Qualidade da Água Superficial Regina Kishi, 10/23/2014, Página 7

8 Método Racional Q cia Máxima vazão provocada por uma chuva de intensidade uniforme. Ocorre quando toda a bacia passa a contribuir para a seção em estudo. Tempo necessário para que isso ocorra: t c Q: vazão de pico c: coeficiente de deflúvio i : intensidade média da precipitação sobre toda a bacia, de duração igual ao t c A: área da bacia Desconsideram-se: Armazenamento de água na bacia Variações da intensidade de chuva Variações do coeficiente c Uso com cautela, pois envolve várias simplificações Quanto maior a área mais impreciso o método Aplicação para bacias: A 5 km² (Linsley & Franicini)

9 Intensidade média da precipitação (i) Neste método considera-se: valor médio no tempo e no espaço. É relacionada com a duração da chuva crítica e o período de retorno T r Normalmente tempo de concentração da bacia Admite-se que o T r da precipitação seja o mesmo da cheia que ela provoca. Não é exatamente verdadeiro. Para um pluviógrafo isolado, pode-se determinar a equação da chuva: i K. T ( t t m r n 0) i - intensidade máxima média para duração t; t 0, C e n são parâmetros a determinar K fator de freqüência (ver slides de Precipitação)

10 Tempo de concentração (t c ) Área Comprimento e declividade do canal principal Forma da bacia Tempo de concentração Declividade Rugosidade do canal Comprimento ao longo do canal principal do CG da bacia até seção Vegetação (para Tr > 10 anos, insignificante) Várias fórmulas empíricas, ábacos: Kirpich t c 3 L 57 H 0,385 t c : Tempo de concentração (min) L: Extensão do talvegue (km) H: Diferença de nível entre o ponto mais afastado e o ponto considerado (m) Doodge A t c 1,75 S S: Declividade 0,41 0,17 S H L Ven Te Chow t c 25, 20 L I I: Declividade média do talvegue

11 Coeficiente de deflúvio (c) Posteriormente evapora Interceptada por obstáculos CHUVA Atinge o solo Retida em de-pressões do terreno Infiltra Escoa pela superfície c Vol. esc. Vol. prec As perdas podem variar de uma chuva para outra c varia i t d P ef Distribuição da chuva na bacia Duração e intensidade da chuva Rede de drenagem Uso do solo Direção do deslocamento da tempestade em relação ao sistema de drenagem Coeficiente de deflúvio Tipo de solo Precipitação antecedente Condição da umidade do solo

12 Fórmulas: Gregory: Tabelas: c 0,175t 1/3 t: Duração da chuva (min) Horner: c 0,364log t 0,0042r 0,145 r: percentagem impermeabilizada da área t: Duração da chuva (min) C Coeficiente de deflúvio: c = 1 (c 1 + c 2 + c 3 )

13 Fator de correção de c (Wright-MacLaughin, 1969)

14 c) Carga de tributários Fonte: Thomann & Mueller, 1987 Q: Vazões medidas continuamente (há maior registro) C: Registros em certos intervalos (registros escassos) t1 t2 t3 t4 t5 t6 t7 t8... Q Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Q7 Q8... C2 C3 C5 C6 C7 C C1 C4 C8 Se aplicar: W=QxC somente quando houver dados. O que acham? Pode-se estar: Superestimando ou Subestimando Qual solução vocês sugerem? Preenchimento de falhas: Achar relação C=f(Q) Preencher falhas Quais parâmetros de qualidade da água espera-se obter melhor relacao QxC? Princípios da Modelagem e Controle da Qualidade da Água Superficial Regina Kishi, 10/23/2014, Página 14

15 Relação log-log de nitrato e nitrito com a vazão do rio Potomac em Paw Paw - Md THOMANN, R.V. e MUELLER, J.A Princípios da Modelagem e Controle da Qualidade da Água Superficial Regina Kishi, 10/23/2014, Página 15

16 Malan et al. A simple flow-concentration modelling method for integrating water and water quantity in rivers. Water SA Vol. 29 No. 3 July 2003 Princípios da Modelagem e Controle da Qualidade da Água Superficial Regina Kishi, 10/23/2014, Página 16

17 Referência Bibliográfica CHAPRA, S.C Surface water-quality modeling. Boston: McGraw-Hill. 844p. THOMANN, R.V. e MUELLER, J.A Principles of Surface Water Quality Modeling and Control. New York: Harper & Row. Estimativa de escoamento superficial: Pinto et al Hidrologia Básica. São Paulo: Ed. Edgard Blücher Ltda. Villela & Mattos Hidrologia Aplicada. São Paulo: McGrawHill. Princípios da Modelagem e Controle da Qualidade da Água Superficial Regina Kishi, 10/23/2014, Página 17