ACOPLAMENTO DE MODELOS DE CAMPO PRÓXIMO E CAMPO AFASTADO COM CINÉTICA DE DECAIMENTO BACTERIANO VARIÁVEL - APLICAÇÕES EM EMISSÁRIOS SUBMARINOS

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1 ACOPLAMENTO DE MODELOS DE CAMPO PRÓXIMO E CAMPO AFASTADO COM CINÉTICA DE DECAIMENTO BACTERIANO VARIÁVEL - APLICAÇÕES EM EMISSÁRIOS SUBMARINOS Renato Castiglia Feitosa TESE SUBMETIDA AO CORPO DOCENTE DA COORDENAÇÃO DOS PROGRAMAS DE PÓS-GRADUAÇÃO DE ENGENHARIA DA UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO COMO PARTE DOS REQUISITOS NECESSÁRIOS PARA A OBTENÇÃO DO GRAU DE DOUTOR EM CIÊNCIAS EM ENGENHARIA OCEÂNICA. Aprovada por: Prof. Paulo Cesar Colonna Rosman, Ph.D. Prof. Susana Beatriz Vinzon, D.Sc. Prof. Isaac Volschan Jr., D.Sc. Prof. João Luiz Baptista de Carvalho, D.Sc. Prof. Odir Clécio da Cruz Roque, D.Sc. RIO DE JANEIRO, RJ BRASIL NOVEMBRO DE 2007

2 FEITOSA, RENATO CASTIGLIA Acoplamento de Modelos de Campo Próximo e Campo Afastado com Cinética de Decaimento bacteriano Variável Aplicações em Emissários Submarinos [Rio de Janeiro] XVI, 190p. 29,7 cm (COPPE/UFRJ, D.Sc., Engenharia Oceânica, 2003) Tese Universidade Federal do Rio de Janeiro, COPPE 1. Acoplamento de Modelos 2. Emissários Submarinos 3. Campo Próximo 4. Campo Afastado 5. Decaimento Bacteriano I. COPPE/UFRJ II. Título (série) ii

3 AGRADECIMENTOS Agradeço aos meus pais e familiares por mais uma vez me apoiarem em todas as decisões tomadas. A Michele minha namorada pelo incentivo, paciência e compreensão. Aos meus colegas da COPPE, Valéria, Marquinhos, Mariela, Max (Manu Chao), Sávio (Demerval), Marcelo. Agradeço em especial ao Rodrigo (Perereca) pelos artigos fornecidos; Daniel, pela ajuda e dicas sobre meteorologia; Professor João Luís (UNIVALI) pela parceria e constante troca de informações; Marcelo Cabral (Nema) pela força, dicas e conselhos dados durante todo doutorado. A Glace e Sônia pelo apoio total a assuntos acadêmicos, etc. A Marise (sem comentários), simplesmente por tudo. Aos professores da Engenharia costeira: Cláudio Neves, Geraldo Wilson, Afonso, Enise, Parente, e Susana. A professora Lega Hagler pelas dicas e artigos sobre microbiologia. Ao meu orientador, Professor Paulo Cesar Colonna Rosman, por ter me guiado ao longo deste trabalho. Finalmente, gostaria de agradecer ao CNPq pela bolsa concedida que permitiu o meu sustento ao longo do desenvolvimento desta tese. iii

4 Dedico esta tese ao meu avô. Onde quer que você esteja obrigado pela paixão, força, garra e vibração transmitida. iv

5 Resumo da Tese apresentada à COPPE/UFRJ como parte dos requisitos necessários para a obtenção do grau de Doutor em Ciências (D.Sc.) ACOPLAMENTO DE MODELOS DE CAMPO PRÓXIMO E CAMPO AFASTADO COM CINÉTICA DE DECAIMENTO BACTERIANO VARIÁVEL - APLICAÇÕES EM EMISSÁRIOS SUBMARINOS. Renato Castiglia Feitosa Novembro/2007 Orientador: Paulo Cesar Colonna Rosman Programa: Engenharia Oceânica A modelagem de plumas de emissários submarinos de esgotos é uma tarefa complexa face às diferentes escalas espaciais e temporais envolvidas no processo de mistura do efluente nas regiões de campo próximo e campo afastado. Este trabalho apresenta uma metodologia de acoplamento entre modelos de campo próximo e campo afastado, integrados a um modelo de decaimento bacteriano e radiação solar. O procedimento adotado inclui a combinação dos modelos de campo próximo NRFIELD com os modelos de circulação hidrodinâmica e de transporte Lagrangeano para avaliação de qualidade de água no campo afastado, contidos no SisBaHiA. A radiação solar é o fator mais importante no decaimento de bactérias no ambiente marinho. A modelagem do campo próximo determina as principais características da pluma tais como espessura e profundidade de confinamento, além da diluição inicial. Isto permite mensurar a intensidade de radiação solar incidente sobre a pluma, e conseqüentemente quantificar a variação horária das taxas de decaimento bacteriano. O acoplamento dos modelos foi aplicado na avaliação do impacto provocado pelo lançamento conjunto de efluentes dos emissários submarinos de esgotos do Rio Vermelho e Jaguaribe, localizados na cidade de Salvador. Os índices de concentração de E.coli no meio apresentaram uma elevada correlação com os níveis de radiação solar incidente. Todos os parâmetros meteorológicos e oceanográficos que interferem direta e indiretamente na intensidade de radiação solar mostraram grande influência na modelagem da pluma de E.coli no campo afastado. v

6 Abstract of the Thesis presented to COPPE/UFRJ as a partial fulfillment of the requirements for the degree of Doctor of Science (D.Sc.) COUPLING OF NEAR- AND FAR-FIELD MODELS WITH VARIABLE BACTERIAL DECAY KINETICS OCEAN OUTFALL APLICATIONS. Renato Castiglia Feitosa November/2003 Advisor: Paulo Cesar Colonna Rosman Department: Ocean Engineering Modeling ocean outfalls plumes is a complex task due to different spatial and temporal scales involved in the effluent mixing process in the near- and far-fields. This work presents a methodology for coupling near-field and far-field models integrated to solar radiation and a bacterial decay model. The procedure adopted combines the near field mixing zone model NRFIELD, with the hydrodynamic circulation model and the Lagrangian transport model for assessing water quality in the far field, that are included in SisBaHiA. Solar radiation is the most important factor in bacterial decay in the marine environment. Near field modeling provides plume characteristics such as thickness and rise height, in addition to initial dilution. These characteristics allow proper estimation of the incoming solar radiation and bacterial decay rates within the plume. This coupling methodology was applied to evaluate plume waste field impact from Rio Vermelho and Jaguaribe outfalls situated in Salvador city BA. E.coli concentration levels showed a strong correlation with solar radiation levels. All meteorological and oceanographic parameters related directly or indirectly to solar radiation mitigation showed great importance in modeling E.coli far field waste field. vi

7 ÍNDICE 1. INTRODUÇÃO Emissários submarinos Motivação Objetivos CRITÉRIOS PARA AVALIAÇÃO DA QUALIDADE DAS ÁGUAS PARA FINS RECREATIVOS O papel da água na transmissão de doenças Indicadores de contaminação fecal Coliformes termotolerantes (fecais) e Escherichia coli Enterococos Comparação entre E. coli e enterococos como indicadores de contaminação fecal Indicadores complementares de poluição e contaminação fecal Leveduras Bacteriófagos Víbrios Outros indicadores PROCESSOS DE MISTURA DO ESGOTO NO MAR Modelagem da zona de mistura ativa no campo próximo Ambientes sem variação de densidade ao longo da coluna d água Diluição Região de mistura inicial (campo próximo) Espessura Ambientes com variação de densidade ao longo da coluna d água Diluição Região de mistura inicial (campo próximo) Altura do topo da pluma (z m ) Espessura Considerações gerais: Modelagem da zona de mistura passiva no campo afastado...55 vii

8 4. DECAIMENTO BACTERIANO Principais fatores influentes no decaimento bacteriano Fatores Físicos Foto-oxidação Adsorção, coagulação, floculação e sedimentação Temperatura Fatores Físico-químicos: Efeitos osmóticos salinidade ph Toxicidade química e quantidade de oxigênio dissolvido Fatores Bioquímicos biológicos: Níveis de nutrientes Presença de substâncias orgânicas Predação Bacteriófagos (vírus) Algas Ação conjunta de fatores: Considerações gerais: Modelos de decaimento bacteriano Cinética do decaimento bacteriano Considerações sobre a ação da radiação solar em plumas de emissários Descrição dos modelos de decaimento bacteriano Modelo proposto por BELLAIR et al. (1977) Modelo proposto por CHAMBERLIN & MITCHELL (1978) Modelo proposto por MANCINI (1978) Modelo proposto por ŠOLIĆ & KRSTULOVIĆ (1992) Modelo proposto por CANTERAS et al. (1995) Modelo proposto por SARIKAYA & SAATÇI (1995) Modelo proposto por GUILLAUD et al. (1997) Modelo proposto por YANG et al. (2000) Comparação entre os modelos de decaimento apresentados Avaliação dos modelos considerando a influência da radiação solar Avaliação dos modelos na ausência de radiação solar Considerações gerais Relação entre as taxas de decaimento de coliformes e enterococos RADIAÇÃO SOLAR viii

9 5.1. Variações na quantidade de energia solar incidente na atmosfera A dispersão da energia solar pela atmosfera O espectro solar Modelo matemático para o cálculo da radiação solar ACOPLAMENTO DOS MODELOS Descrição da metodologia Acoplamento entre o modelo hidrodinâmico e o modelo de campo próximo Acoplamento entre o modelo de campo próximo e o modelo de campo afastado Geração das curvas de decaimento do contaminante e a modelagem do campo afastado Posição do contaminante ao longo da coluna d água e sua advecção no campo afastado Metodologia computacional Acoplamento entre modelo hidrodinâmico e o modelo de campo próximo Acoplamento entre modelo de campo próximo e modelo de campo afastado Geração das curvas de dacaimento do contaminante e a modelagem do campo afastado Posição do contaminante ao longo da coluna d água e sua advecção no campo afastado Aplicações ESTUDO DE CASO: EMISSÁRIOS DE SALVADOR Domínio modelado e malha de discretização Modelagem hidrodinâmica Padrões de correntes Verão Inverno Modelagem da pluma de contaminantes Dados utilizados na modelagem da pluma de E.coli Resultados Verão Inverno Conclusões e recomendações REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ix

10 Simbologia S Salinidade M Massa equivalente do contaminante T Temperatura C e Concentração do contaminante emitida no meio R s Radiação solar C o Concentração do contaminante no campo próximo F d Número de Froude densimétrico N p Número de partículas emitidas u j Velocidade do jato efluente M o Massa inicial das partículas d Diâmetro dos orifícios difusores Δt Passo de tempo do modelo lagrangeano g Aceleração da gravidade t v Tempo de vida das partículas N Freqüência de Brunt-Vaisala CT Coliforme total S n Diluição mínima inicial CF Coliforme fecal z m Altura do topo da pluma SF Streptococcus fecalis h n Espessura da pluma NMP Número mais provável x n Comprimento da região de mistura inicial Ly Langley = caloria/cm 2 b Fluxo de boiância I TP Radiação solar incidente no topo da pluma m Fluxo de quantidade de movimento I o Radiação solar incidente na superfície Q j Vazão do orifício da tubulação difusora I Intensidade de radiação solar em uma profundidade qualquer Q t Vazão total do efluente Z s Profundidade de Secchi q Vazão por metro linear da tubulação K p Coeficiente de extinção da luminosidade difusora ao longo da espessura da pluma L Comprimento da tubulação difusora K e Coeficiente de extinção da luminosidade da água do mar B Largura da região fonte k d Taxa de decaimento bacteriano L Q, l B, l M Escalas de comprimento (fontes pontuais) R i Número de Richardson gradiente l q, l b, l m Escalas de comprimento (fontes lineares) D t Difusividade turbulenta F Número de Froude h CA Espessura da pluma no campo afastado u Velocidade das correntes g o Aceleração modificada da gravidade H Profundidade da tubulação difusora n Número de orifícios da tubulação difusora θ Ângulo da incidência das correntes sobre SDOJ Sistema de disposição oceânica do tubulação difusora Jaguaribe w Espalhamento lateral da pluma SDORV Sistema de disposição oceânica do Rio Vermelho s Espaçamento dos orifícios difusores DBO Demanda Bioquímica de oxigênio ρ o Densidade do efluente Densidade do meio ρ a Nota: As figuras ou tabelas existentes neste trabalho cuja origem não foi informada foram obtidas através da Internet ou produzidas pelo autor deste trabalho. x

11 Lista de Figuras Figura 1. Vista aérea das praias de Ipanema e Leblon, à esquerda, e da praia de Copacabana à direita. (Google maps, acesso a página em 25/09/2007)....1 Figura 2. Vista da cidade de Salvador BA ( acesso a página em 25/09/2007)...1 Figura 3. Vista aérea do complexo lagunar da microbacia de Jacarepaguá ( acesso a página em 25/09/2007)...2 Figura 4. A proliferação de algas indica elevado nível poluição da lagoa de Jacarepaguá ( acesso a página em 25/09/2007)....3 Figura 5. Esquema da descarga do efluente. A estampa da esquerda representa a descarga realizada com difusor constituído por múltiplas portas e a estampa da direita o caso da descarga realizada por orifício individual ( acesso a página em 19/12/2007).5 Figura 6. Correlação entre as taxas de decaimento de bactérias do grupo coliforme e as taxas de decaimento de patogênicos e vírus. As taxas de decaimento foram estimadas por CHAMBERLIN (1982) baseadas em dados de BAROSS et al. (1975) Δ ; McFETERS et al.(1974) - +, McCAMBRIDGE & Mc MEEKIN (1981), LANDTRIP (1983) e KAPUSCINSKI & MITCHELL (1981).A linha indicada na figura representa os pontos onde as taxas de decaimento de coliformes e patogênicos são equivalentes Figura 7. Pontos de monitoramento dos indicadores de contaminação fecal, indicados na Tabela 2. Amostragens realizadas entre Dezembro de 1985 e Junho de 1986 (ARAUJO et al.,1990) Figura 8. Resultados da análise de Enterococos, Escherichia coli e Coliformes termotolerantes em diferentes pontos da praia de Camburi, Vitória/ES ( MOTTA et al., 2003) Figura 9. Difusores com saídas em forma de T (adaptado TIAN et al., 2004)...36 Figura 10. Principais características da pluma em ambientes com densidade homogênea ao longo da coluna d água (Tian et al., 2004 II) Figura 11. Diferentes regimes de escoamento em função do número de Froude F (ROBERTS,1979)...39 Figura 12. Diluição no campo próximo em função do espaçamento dos orifícios da tubulação difusora para escoamentos onde F >0,1 (TIAN et al., 2004 II)...41 Figura 13. Relação entre a diluição mínima inicial e o nº de Froude para diferentes orientações de correntes em relação a tubulação difusora, em ambientes com densidade homogênea (Adaptado Roberts, 1979) Figura 14. Variação da região de mistura inicial em função do número e Froude F e do espaçamento dos orifícios da tubulação difusora (Tian et al, 2004 II)...43 Figura 15. Variação da espessura da pluma na região de mistura inicial em função do número de Froude F (Tian et al, 2004 II) Figura 16. Principais características da pluma sob ação de correntes em ambientes com densidade variável (Tian et al., 2006)...45 Figura 17. Influência das correntes na diluição em função do número de Froude F (TIAN et al., 2006)...48 Figura 18. Relação entre a diluição mínima inicial e o nº de Froude para diferentes orientações de correntes em relação a tubulação difusora, em ambiente com variação linear de densidade (Adaptado ROBERTS et al.,1989)...48 Figura 19. Altura do topo da pluma em função do número de Froude F para diferentes espaçamentos entre orifícios da tubulação difusora (Tian et al., 2006)...51 Figura 20. Espessura da pluma para escoamentos onde 0,3< F < 1,8 (Tian et al., 2006) Figura 21. Espalhamento da pluma em duas camadas horizontalmente opostas, em ambientes estagnados (Daviero & Roberts, 2006)...54 Figura 22. Decaimento das bactérias do grupo E. Coli em função da ação de agentes predadores e da incidência de radiação solar (Adaptada de McCambridge e McMeekin, 1981) Figura 23. Esquema representativo da penetração da radiação ao longo da coluna d água (Adaptado de Roberts et al, 1989) Figura 24. Dispersão dos valores do parâmetro T90 para o período de verão, considerando os modelos de Bellair et al., Chamberlin & Mitchell, Mancini, Solic e Krstulovic, Canteras et al.,sarikaya & Saatçi e Guillaud et al. A estampa superior representa a condição de céu claro e a estampa inferior representa a condição de céu totalmente nublado...91 Figura 25. Dispersão dos valores do parâmetro T90 para o período de verão, considerando os modelos de Bellair et al., Chamberlin & Mitchell, Mancini, Canteras et al, Sarikaya & Saatçi e Guillaud et al. A estampa superior representa a condição de céu claro e a estampa inferior representa a condição de céu totalmente nublado...92 Figura 26. Dispersão dos valores do parâmetro T90 para o período de verão, considerando os modelos de Mancini, Canteras et al, Sarikaya & Saatçi e Guillaud et al. A estampa superior representa a condição de céu claro e a estampa inferior representa a condição de céu totalmente nublado...93 Figura 27. Órbita da Terra em torno do Sol, com seu eixo N-S inclinado de um ângulo de 23,5 o. As estações do ano descritas na ilustração referem-se ao hemisfério sul ( xi

12 Figura 28. Incidência de raios solares no hemisfério sul durante o verão (fonte: internet). A estampa da direita ilustra uma imagem da terra, como se vista do sol, durante o solstício de verão (fonte: internet). Com base nesta imagem pode ser observada uma incidência praticamente perpendicular dos raios solares sobre a latitude de 23,5 S Figura 29. Incidência de raios solares no hemisfério norte durante o verão (fonte: internet). A estampa da direita ilustra uma imagem da terra, como se vista do sol, durante o solstício de verão (fonte: internet). Com base nesta imagem pode ser observada uma incidência praticamente perpendicular dos raios solares sobre a latitude de 23,5 N Figura 30. Incidência de raios solares durante o equinócio (fonte: internet). A estampa da direita ilustra uma imagem da terra, como se vista do sol, durante o equinócio (fonte: internet). Com base nesta imagem pode ser observada uma incidência praticamente perpendicular dos raios solares sobre o equador Figura 31. Distribuição espectral da radiação solar (fonte: internet) Figura 32. O espectro eletromagnético Figura 33. Comparação entre dados de radiação solar medidos, e calculados pelo modelo. Medições realizadas durante o inverno de 1989 pelo IEAPM Arraial do Cabo RJ Figura 34. Comparação entre dados de radiação solar medidos, e calculados pelo modelo. Medições realizadas durante a primavera de 1989 pelo IEAPM Arraial do Cabo RJ Figura 35. Comparação entre dados de radiação solar medidos, e calculados pelo modelo. Medições realizadas durante o verão de 1990 pelo IEAPM Arraial do Cabo RJ Figura 36. Comparação entre dados de radiação solar medidos, e calculados pelo modelo especificamente para o dia 13/10/89. Foi considerada no modelo a condição de cobertura de nuvens equivalente a 100% Figura 37. Esquematização da metodologia adotada no acoplamento dos modelos Figura 38. Principais dados de entrada a serem inseridos no modelo de campo próximo (Zhang & Adams, 1999) Figura 39. Características da pluma no campo afastado obtidas a partir da modelagem do campo próximo (Zhang & Adams, 1999) Figura 40. Posição de lançamento da massa do contaminante de acordo com a posição vertical da pluma, determinada pelo modelo de campo próximo (Zhang & Adams, 1999) Figura 41. Representação esquemática da pluma de contaminantes e da geometria da região fonte Figura 42. Cenário 1: A estampa superior ilustra a variação horária do T90, e a estampa inferior curvas de decaimento referentes à condição de verão com céu claro (0% de cobertura de nuvens) e pluma atingindo a superfície livre. Na legenda da estampa inferior, o número em seguida à letra F indica a hora do dia. Exemplo: a parcela de efluente lançada pelo emissário às 17h (cf. curva F17), após 7 horas tem fator de decaimento = Figura 43. Cenário 2: A estampa superior ilustra a variação horária do T90, e a estampa inferior curvas de decaimento referentes à condição de verão com céu claro (0% de cobertura de nuvens) e pluma com seu limite superior situado a 10 metros de profundidade. Na legenda da estampa inferior, o número em seguida à letra F indica a hora do dia. Exemplo: a parcela de efluente lançada pelo emissário às 17h (cf. curva F17), após 14 horas tem fator de decaimento = Figura 44. Variação do T90 ao longo da espessura da pluma. A estampa superior representa a simulação considerando condições médias de profundidade, espessura da pluma, temperatura e salinidade supracitadas. A estampa inferior contempla a variação horária destes parâmetros. A pluma está representada pela superfície em tons de cinza Figura 45. Comparação do calculo de concentração baseado em diferentes espessuras de mistura. A estampa da esquerda representa uma espessura de mistura de 5 metros, enquanto a da direita representa uma espessura de mistura de 20 metros. Nesta comparação são desprezadas as reações cinéticas de decaimento Figura 46. Metedologia de cálculo empregada no acoplamento entre o modelo hidrodinâmico e o modelo de campo próximo Figura 47. Metedologia de cálculo empregada no acoplamento entre o modelo de campo próximo e o modelo de campo afastado Figura 48. Variação temporal da espessura pluma durante a simulação Figura 49. Isolinhas de concentração de coliformes termotolerantes (fecais) em dois diferentes instantes de simulação. Na estampa superior a pluma apresenta espessura de 20 metros, e na estampa inferior a espessura equivale a 10 metros. As escalas horizontais referem-se à distância em metros Figura 50. Variação da densidade, ao longo dos cinco dias de simulação Figura 51. Variação temporal da pluma ao longo da coluna d água, radiação solar incidente sobre a pluma e taxa de decaimento em cada um dos instantes acima descritos Figura 52. Isolinhas de concentração de coliformes termotolerantes (fecais) em cinco diferentes instantes de simulação. As escalas horizontais referem-se à distância em metros xii

13 Figura 53. Isolinhas de concentração de coliformes termotolerantes (fecais) durantes dois diferentes instantes durante o período noturno. As escalas horizontais referem-se à distância em metros Figura 54. Localização da região em estudo (Google maps) Figura 55. Disposição das vertentes da região metropolitana de Salvador (Topazio, 2003) Figura 56. Região do SDORV e localização das alternativas para o eixo da futura tubulação do sistema de disposição oceânico Figura 57. Batimetria como vista pelo modelo, com base nos dados da malha de discretização do domínio da BTS considerado Figura 58. Domínio tridimensional da BTS discretizado com uma pilha de 21 malhas contendo elementos finitos biquadráticos totalizando (= ) pontos Figura 59. Condição de quadratura. As estampas superior e inferior representam respectivamente o campo de velocidades 2DH durante a meia maré enchente e a meia maré vazante Figura 60. Condição de sizígia. As estampas superior e inferior representam respectivamente o campo de velocidades 2DH durante a meia maré enchente e a meia maré vazante Figura 61. Condição de quadratura. As estampas superior e inferior representam respectivamente o campo de velocidades 2DH durante a meia maré enchente e a meia maré vazante Figura 62. Condição de sizígia. As estampas superior e inferior representam respectivamente o campo de velocidades 2DH durante a meia maré enchente e a meia maré vazante Figura 63. Variação sumarizada dos perfis de densidade ao longo do período de simulação para as condições de verão e inverno Figura 64. Cenário de verão. Variação temporal dos parâmetros ambientais, das características da pluma e da taxa de decaimento ao longo do verão. A estampa superior ilustra as variações temporais da cobertura de nuvens e da radiação solar na superfície livre. A estampa central representa as variações da elevação e espessura da pluma e das diferenças de densidade entre a superfície livre e o ponto de lançamento do efluente. A estampa inferior representa a variação temporal da radiação solar, em função das variações da profundidade de Secchi e das posições da pluma no meio, e as variações do T90. Condição referente ao Sistema de Disposição Oceânica do Jaguaribe (SDOJ) Figura 65. Cenário de verão. Variação temporal dos parâmetros ambientais, das características da pluma e da taxa de decaimento ao longo do verão. A estampa superior ilustra as variações temporais da cobertura de nuvens e da radiação solar na superfície livre. A estampa central representa as variações da elevação e espessura da pluma e das diferenças de densidade entre a superfície livre e o ponto de lançamento do efluente. A estampa inferior representa a variação temporal da radiação solar, em função das variações da profundidade de Secchi e das posições da pluma no meio, e as variações do T90. Condição referente ao Sistema de Disposição Oceânica do Rio Vermelho (SDORV) Figura 66. Cenário de verão. Ângulo de ação das correntes em relação à tubulação difusora para os emissários do Rio Vermelho e Jaguaribe. 0 corresponde à ação paralela e 90 corresponde à ação perpendicular Figura 67. Plumas do SDORV e do SDOJ no dia 26/01/2003 às 0:00 hs durante meia maré vazante de quadratura. O ponto vermelho indicado no gráfico representa o módulo da corrente no instante em questão na região do SDORJ. Escalas da figura indicadas em metros Figura 68. Plumas do SDORV e do SDOJ no dia 26/01/2003 às 6:00 hs durante meia maré enchente de quadratura. O ponto vermelho indicado no gráfico representa o módulo da corrente no instante em questão na região do SDORJ. Escalas da figura indicadas em metros Figura 69. Plumas do SDORV e do SDOJ no dia 26/01/2003 às 14:00 hs durante meia maré vazante de quadratura. O ponto vermelho indicado no gráfico representa o módulo da corrente no instante em questão na região do SDORJ. Escalas da figura indicadas em metros Figura 70. Plumas do SDORV e do SDOJ no dia 29/01/2003 às 0:00 hs durante maré enchente de quadratura. O ponto vermelho indicado no gráfico representa o módulo da corrente no instante em questão na região do SDORJ. Escalas da figura indicadas em metros Figura 71. Plumas do SDORV e do SDOJ no dia 29/01/2003 às 6:00 hs durante maré vazante de quadratura. O ponto vermelho indicado no gráfico representa o módulo da corrente no instante em questão na região do SDORJ. Escalas da figura indicadas em metros Figura 72. Plumas do SDORV e do SDOJ no dia 29/01/2003 às 14:00 hs durante preamar de quadratura. O ponto vermelho indicado no gráfico representa o módulo da corrente no instante em questão na região do SDORJ. Escalas da figura indicadas em metros Figura 73. Plumas do SDORV e do SDOJ no dia 31/01/2003 às 0:00 hs durante meia maré enchente de sizígia. O ponto vermelho indicado no gráfico representa o módulo da corrente no instante em questão na região do SDORJ. Escalas da figura indicadas em metros Figura 74. Plumas do SDORV e do SDOJ no dia 31/01/2003 às 6:00 hs durante meia maré vazante de sizígia. O ponto vermelho indicado no gráfico representa o módulo da corrente no instante em questão na região do SDORJ. Escalas da figura indicadas em metros Figura 75. Plumas do SDORV e do SDOJ no dia 31/01/2003 às 14:00 hs durante meia maré enchente de sizígia. O ponto vermelho indicado no gráfico representa o módulo da corrente no instante em questão na região do SDORJ. Escalas da figura indicadas em metros Figura 76. Plumas do SDORV e do SDOJ no dia 2/02/2003 às 0:00 hs durante meia maré enchente de sizígia. O ponto vermelho indicado no gráfico representa o módulo da corrente no instante em questão na região do SDORJ. Escalas da figura indicadas em metros xiii

14 Figura 77. Plumas do SDORV e do SDOJ no dia 2/02/2003 às 6:00 hs durante meia maré vazante de sizígia. O ponto vermelho indicado no gráfico representa o módulo da corrente no instante em questão na região do SDORJ. Escalas da figura indicadas em metros Figura 78. Plumas do SDORV e do SDOJ no dia 2/02/2003 às 14:00 hs durante meia maré enchente de sizígia. O ponto vermelho indicado no gráfico representa o módulo da corrente no instante em questão na região do SDORJ. Escalas da figura indicadas em metros Figura 79. Cenário de verão. Variação da massa do contaminante lançada pelo SDOJ e SDORV em função das variações apresentadas na Figura 64 e Figura 65, respectivamente Figura 80. Cenário de verão. Correlação entre as taxas de decaimento, representadas pelo parâmetro T90, e variação temporal de massa. A estampa superior apresenta esta correlação para o SDOJ e a estampa inferior para o SDORV Figura 81. Comparação entre a pluma de contaminantes entre os dias 26/01/2003 e 29/01/2003 às 14 horas. As escalas da figura estão indicadas em metros Figura 82. Comparação entre a pluma de contaminantes entre os dias 2/02/2003 e 26/01/2003 às 14 horas. As escalas da figura estão indicadas em metros Figura 83. Cenário de inverno. Variação temporal dos parâmetros ambientais, das características da pluma e da taxa de decaimento ao longo do verão. A estampa superior ilustra as variações temporais da cobertura de nuvens e da radiação solar na superfície livre. A estampa central representa as variações da elevação e espessura da pluma e das diferenças de densidade entre a superfície livre e o ponto de lançamento do efluente. A estampa inferior representa a variação temporal da radiação solar, em função das variações da profundidade de Secchi e das posições da pluma no meio, e as variações do T90. Condição referente ao Sistema de Disposição Oceânica do Jaguaribe (SDOJ) Figura 84. Cenário de inverno. Variação temporal dos parâmetros ambientais, das características da pluma e da taxa de decaimento ao longo do verão. A estampa superior ilustra as variações temporais da cobertura de nuvens e da radiação solar na superfície livre. A estampa central representa as variações da elevação e espessura da pluma e das diferenças de densidade entre a superfície livre e o ponto de lançamento do efluente. A estampa inferior representa a variação temporal da radiação solar, em função das variações da profundidade de Secchi e das posições da pluma no meio, e as variações do T90. Condição referente ao Sistema de Disposição Oceânica do Rio Vermelho (SDORV) Figura 85. Cenário de inverno. Ângulo de ação das correntes em relação à tubulação difusora para os emissários do Rio Vermelho e Jaguaribe. 0 corresponde à ação paralela e 90 corresponde à ação perpendicular Figura 86. Plumas do SDORV e do SDOJ no dia 28/05/2003 às 0:30 hs durante maré vazante de quadratura. O ponto vermelho indicado no gráfico representa o módulo da corrente no instante em questão na região do SDORJ. As escalas da figura estão indicadas em metros Figura 87. Plumas do SDORV e do SDOJ no dia 28/05/2003 às 6:30 hs durante maré enchente de quadratura. O ponto vermelho indicado no gráfico representa o módulo da corrente no instante em questão na região do SDORJ. As escalas da figura estão indicadas em metros Figura 88. Plumas do SDORV e do SDOJ no dia 28/05/2003 às 14:30 hs durante meia maré vazante de quadratura. O ponto vermelho indicado no gráfico representa o módulo da corrente no instante em questão na região do SDORJ. As escalas da figura estão indicadas em metros Figura 89. Plumas do SDORV e do SDOJ no dia 29/05/2003 às 0:30 hs durante preamar de quadratura. O ponto vermelho indicado no gráfico representa o módulo da corrente no instante em questão na região do SDORJ. As escalas da figura estão indicadas em metros Figura 90. Plumas do SDORV e do SDOJ no dia 29/05/2003 às 6:30 hs durante baixa-mar de quadratura. O ponto vermelho indicado no gráfico representa o módulo da corrente no instante em questão na região do SDORJ. As escalas da figura estão indicadas em metros Figura 91. Plumas do SDORV e do SDOJ no 29/05/2003 às 14:30 hs durante meia maré vazante de quadratura. O ponto vermelho indicado no gráfico representa o módulo da corrente no instante em questão na região do SDORJ. As escalas da figura estão indicadas em metros Figura 92. Plumas do SDORV e do SDOJ no dia 31/05/2003 às 0:30 hs durante maré enchente de sizígia. O ponto vermelho indicado no gráfico representa o módulo da corrente no instante em questão na região do SDORJ. As escalas da figura estão indicadas em metros Figura 93. Plumas do SDORV e do SDOJ no dia 31/05/2003 às 6:30 hs durante baixa-mar de sizígia. O ponto vermelho indicado no gráfico representa o módulo da corrente no instante em questão na região do SDORJ. As escalas da figura estão indicadas em metros Figura 94. Plumas do SDORV e do SDOJ no dia 31/05/2003 às 14:30 hs durante preamar de sizígia. O ponto vermelho indicado no gráfico representa o módulo da corrente no instante em questão na região do SDORJ. As escalas da figura estão indicadas em metros Figura 95. Plumas do SDORV e do SDOJ no dia 2/06/2003 às 0:30 hs durante maré enchente de sizígia. O ponto vermelho indicado no gráfico representa o módulo da corrente no instante em questão na região do SDORJ. As escalas da figura estão indicadas em metros xiv

15 Figura 96. Plumas do SDORV e do SDOJ no dia 2/06/2003 às 6:30 hs durante maré vazante de sizígia. O ponto vermelho indicado no gráfico representa o módulo da corrente no instante em questão na região do SDORJ. As escalas da figura estão indicadas em metros Figura 97. Plumas do SDORV e do SDOJ no dia 2/06/2003 às 14:30 hs durante preamar de sizígia. O ponto vermelho indicado no gráfico representa o módulo da corrente no instante em questão na região do SDORJ. As escalas da figura estão indicadas em metros Figura 98. Cenário de inverno. Variação da massa do contaminante lançada pelo SDOJ e SDORV em função das variações apresentadas na Figura 83 e Figura 84, respectivamente Figura 99. Cenário de inverno. Correlação entre as taxas de decaimento, representadas pelo parâmetro T90, e variação temporal de massa. A estampa superior apresenta esta correlação para o SDOJ e a estampa inferior para o SDORV Figura 100. Comparação entre a pluma de contaminantes entre os dias 28/05/2003 e 29/05/2003 às 14:30 hs. Escalas da figura indicadas em metros Figura 101. Comparação entre a pluma de contaminantes entre os dias 29/05/2003 e 31/05/2003 às 14:30 hs. Escalas da figura indicadas em metros Figura 102. Comparação entre a pluma de contaminantes entre os dias 29/05/2003 e 02/06/2003 às 14:30 hs. Escalas da figura indicadas em metros Figura 103. Comparação entre a pluma de contaminantes entre os dias 31/05/2003 e 02/06/2003 às 6:30 hs xv

16 Lista de Tabelas Tabela 1. Doenças relacionadas à água e seus respectivos microrganismos transmissores. Fontes: Benenson (1985); Tchobanoglous & Schroeder (1985) apud VON SPERLING (1996)...4 Tabela 2. Características gerais dos emissários mundiais (BLENINGER, 2006)....6 Tabela 3. Características dos principais emissários de São Paulo e Rio de Janeiro ( acesso a página em 19/12/2007)...6 Tabela 4. Principais vírus associados a doenças de veiculação hídrica...14 Tabela 5. Principais bactérias associadas a doenças de veiculação hídrica...14 Tabela 6. Principais protozoários associados a doenças de veiculação hídrica...16 Tabela 7. Principais fungos associados a doenças de veiculação hídrica Tabela 8. Principais helmintos associados a doenças de veiculação hídrica Tabela 9. Concentração média de microrganismos patogênicos presentes no esgoto bruto (WHO, 1999) Tabela 10. Limites de balneabilidade, segundo resolução CONAMA (Conselho Nacional do meio Ambiente) nº 274 de 29 de Novembro de Tabela 11. Correlação entre concentração de coliformes termotolerantes (fecais) e ocorrência de Salmonella (GELDREICH,1970) Tabela 12. Valores médios por 100 ml de água coletada. CT coliformes totais; CF - coliformes termotolerantes (fecais); EF - estreptococos fecais(araujo et al.,1990).as concentrações sombreadas são consideradas impróprias de acordo com a resolução CONAMA nº 274 de 29/11/ Tabela 13. Prós e contras dos diversos indicadores de poluição fecal (WHO, 1999)...30 Tabela 14. Fluxos de vazão, momentum e empuxo de fontes pontuais e lineares...37 Tabela 15. Diluição da pluma na região de mistura inicial para fontes lineares ou pontuais...47 Tabela 16. Relações entre a espessura e altura do topo da pluma para fontes pontuais Tabela 17. Correlação entre as principais unidades de energia, potência e radiação...74 Tabela 18. Valores observados de kl a partir de experimento de campo e laboratório (Chamberling & Mitchell, 1978)...81 Tabela 19. Faixa de variação dos fatores influentes nas taxas de decaimento...84 Tabela 20. Faixa de variação dos parâmetros utilizados nos experimentos realizados por YANG et al. (2000)...88 Tabela 21. Cenários utilizados na comparação entre os diferentes modelos de decaimento Tabela 22. Valores do parâmetro T90, em horas, para as condições de verão com céu claro e totalmente nublado Tabela 23. Valores calculados do parâmetro T90,, em horas, para o período noturno Tabela 24. Relações entre as taxas de decaimento entre coliformes termotolerantes (fecais) e enterococos...96 Tabela 25. Períodos dos dados de radiação fornecidos pelo IEAPM Tabela 26. Parâmetros empregados nas simulações Tabela 27. Características dos Sistemas de Disposição Oceânica SDORV e SDOJ Tabela 28. Período de simulação dos cenários de verão e inverno Tabela 29. Comparação entre as taxas de decaimento nos instantes anteriores às 14:30 nos dias 29/05 e 02/ xvi

17 1. INTRODUÇÃO A ocupação litorânea das principais cidades brasileiras tem se intensificado continuamente nos últimos anos. A Figura 1 e a Figura 2 a seguir ilustram, respectivamente, a ocupação litorânea na região metropolitana da cidade do Rio de Janeiro e Salvador. O adensamento populacional nas áreas litorâneas brasileiras não tem sido acompanhado por instalações de esgotamento sanitário adequadas às regiões. Nas últimas décadas a qualidade das águas costeiras tem sofrido um intenso processo de degradação pelo lançamento de esgotos domésticos que escoam para as praias sem qualquer tratamento, seja em despejos diretos, ou através de sistemas de drenagem pluvial. Figura 1. Vista aérea das praias de Ipanema e Leblon, à esquerda, e da praia de Copacabana à direita. (Google maps, acesso a página em 25/09/2007). Figura 2. Vista da cidade de Salvador BA ( acesso a página em 25/09/2007) 1

18 Como exemplo no caso do Rio de Janeiro, a causa da poluição das praias não está necessariamente localizada na orla. Boa parte do esgoto que chega às praias vem através da contaminação do sistema lacunar da Baixada de Jacarepaguá, ilustrado na Figura 3 por comunidades que carecem de saneamento básico. Figura 3. Vista aérea do complexo lacunar da microbacia de Jacarepaguá ( acesso a página em 25/09/2007) Este sistema laguna encontra-se altamente poluído (cf. Figura 4). Além do comprometimento da biota local, a poluição crescente pode contribuir na disseminação de doenças tanto através do contato primário da população com estes corpos d água, quanto na proliferação de vetores. A água devido às suas propriedades de solvente, juntamente com sua capacidade de transportar partículas, é capaz de incorporar diversas impurezas que definem a qualidade da água. Sob condições naturais, mesmo com a bacia hidrográfica preservada, a qualidade das águas é afetada pelo escoamento superficial. Neste caso, a contaminação hídrica é dependente do contato da água em escoamento com as partículas, substâncias e impurezas do solo. A interferência do homem, como, por exemplo, na geração de despejos de origem doméstica ou industrial, contribui na introdução de compostos na água que afetam sua qualidade. (VON SPERLING, 1996). 2

19 Figura 4. A proliferação de algas indica elevado nível poluição da lagoa de Jacarepaguá ( acesso a página em 25/09/2007). Um dos mais importantes aspectos relacionado à poluição das águas está associado às doenças de veiculação hídrica. Um corpo d água receptor do lançamento de esgotos pode incorporar uma ampla gama de agentes transmissores de doenças. Este fato afeta os usos preponderantes destinados ao corpo d água, tais como abastecimento e balneabilidade. A Tabela 1 apresenta as principais doenças relacionadas com a água e seus principais agentes causadores. Sistemas de esgotamento sanitário têm como objetivo minimizar os impactos decorrentes da poluição dos cursos d água no que diz respeito tanto à preservação do meio ambiente, quanto a promover melhores condições de saúde pública. Entretanto, de acordo com GONÇALVES & SOUZA (1997), as estações convencionais de tratamento de esgotos sanitários, permitem o tratamento de pequenas ou grandes vazões, em menor tempo e espaço, porém com o emprego de elevadas quantidades de energia elétrica e mecânica. Isto encarece os custos de implantação e operação, e as despesas com manutenção. A disposição oceânica através de emissários submarinos tem sido apontada como uma eficiente alternativa para o destino final de efluentes sanitários previamente trata- 3

20 dos 1, em virtude da elevada capacidade de dispersão e depuração da matéria orgânica no ambiente marinho. Esta capacidade reside na intensa energia disponível no ambiente marinho em função da ação das correntes na dispersão do efluente, disponibilidade suficiente de oxigênio dissolvido, e por se apresentar como ambiente hostil à sobrevivência de microrganismos. Tabela 1. Doenças relacionadas à água e seus respectivos microrganismos transmissores. Fontes: Benenson (1985); Tchobanoglous & Schroeder (1985) apud VON SPERLING (1996) Doença Agente causador Ingestão de água contaminada Disenteria bacilar Bactéria (Shigella dysenteriae) Cólera Bactéria (Vibrio cholerae) Leptospirose Bactéria (Leptospira) Salmonelose Bactéria (Salmonella) Febre tifóide Bactéria (Salmonella typhi) Disenteria amebiana Protozoário (Entamoeba histolytica) Giardíase Protozoário (Giárdia lamblia) Hepatite infecciosa Vírus (vírus da hepatite A) Gastroenterite Vírus (enterovírus, parvovírus, rotavírus) Paralisia infantil Vírus (Poliomielites vírus) Contato com água contaminada Escabiose Sarna (Sarcoptes scabiei) Tracoma Clamídea (Chlamydia tracomatis) Verminoses, tendo a água como um estágio no ciclo Esquistossomose Helminto (Schistosoma) Transmissão através de insetos, tendo a água como meio de procriação. Malária Protozoário (Plasmodium) Febre amarela Vírus (Flavivírus) Dengue Vírus (Flavivírus) Filariose Helminto (Wuchereria bancrofti) Nos esgotos domésticos podem ser encontrados diversos microrganismos patogênicos, conforme exemplificado na Tabela 1. Entretanto, a identificação destes microrganismos é uma tarefa complexa em razão das suas baixas concentrações. Este obstáculo é superado através do uso de organismos indicadores de contaminação fecal (VON SPERLING, 1996). A existência destes indicadores permite avaliar a probabilidade de contaminação por microrganismos patogênicos de origem entérica. Os organismos mais comumente utilizados como indicadores de contaminação fecal são as bactérias do grupo coliforme. Isto é justificado pelo fato que estes microrganismos apresentam-se em grandes quantidades nas fezes humanas (BRANCO & ROCHA, 1979 apud VON SPERLING, 1996). A resolução CONAMA n 274/2000 adota, além destes microrganismos, o uso de enterococos como indicadores de contami- 1 De acordo com a lei 4692 estadual (RJ) de 29/12/2005, fica estabelecido tratamento de nível primário do efluente antes do seu lançamento em alto mar. 4

21 nação fecal. Entretanto, a Agência de Proteção Ambiental Norte Americana (U.S. EPA) adota apenas o uso deste último microrganismo indicador como indicador de contaminação fecal em águas salgadas. O emprego de modelos computacionais, como ferramentas para simulação dos padrões de circulação hidrodinâmica e qualidade de águas, é de fundamental importância para estudos em ambientes costeiros. O modelo hidrodinâmico permite obter o padrão de circulação do corpo d água, definido pela magnitude das correntes e elevação diferencial do nível d água ao longo do domínio modelado. O modelo de qualidade de água permite determinar a distribuição das concentrações do contaminante no corpo d água receptor no campo afastado. Este modelo é decorrente dos processos de advecção, determinados pelo modelo hidrodinâmico, difusão turbulenta e reações cinéticas de decaimento do contaminante EMISSÁRIOS SUBMARINOS O lançamento do efluente de emissários submarinos de esgotos ocorre através de difusores, que contém portas ou orifícios múltiplos ou individuais (cf. Figura 5). Neste trabalho apenas o caso de orifícios múltiplos é considerado. Isto é comum na maioria dos emissários submarinos de esgotos e existentes no Brasil e em outras partes do mundo. Figura 5. Esquema da descarga do efluente. A estampa da esquerda representa a descarga realizada com difusor constituído por múltiplas portas e a estampa da direita o caso da descarga realizada por orifício individual ( acesso a página em 19/12/2007). 2 Neste trabalho bactérias do grupo Coliforme são consideradas como contaminantes de referência. 5

22 De acordo BLENINGER (2006) as características dos emissários variam consideravelmente, em função das técnicas construtivas disponíveis. Este mesmo autor apresenta na Tabela 2 a seguir uma compilação das características médias, mínimas e máximas de aproximadamente 200 emissários mundiais de efluentes domésticos e industriais. As quantidades indicadas entre parênteses correspondem às características mínimas e máximas. Tabela 2. Características gerais dos emissários mundiais (BLENINGER, 2006). Características Custo Vazão máxima Diâmetro Tipo de tubulação Comprimento da tubulação difusora Comprimento total (inclusive difusor) Diâmetro dos orifícios Profundidade de descarga Faixa de valores US$ 7 milhões (US$ 2 a 3500 milhões) 1,5 m³/s (0,1 a 55 m³/s) 1metro (0,1 a 8 metros) : aço carbono : concreto armado 1990 hoje: PEAD e enterrados no leito oceânico. 100 metros ( metros) 1300 metros (100 a metros) 100 mm (10 a 300 mm) 10 metros (4 a 60 metros) Como exemplos de alguns emissários submarinos Brasileiros, atualmente há sete emissários em funcionamento no litoral paulista: dois em Praia Grande; um em Santos; um no Guarujá; dois em São Sebastião e um em Ilhabela. No Rio de janeiro, os principais emissários são os da Barra da Tijuca, Ipanema e Icaraí. A Tabela 3 apresenta as principais características de alguns dos principais emissários do Rio de Janeiro e São Paulo. Tabela 3. Características dos principais emissários de São Paulo e Rio de Janeiro ( acesso a página em 19/12/2007) Características dos emissários existentes Município / Estado Vazão máx(m³) Comprimento (m) Profundidade (m) Diâmetro (m) Difusor (m) Nº de orifícios Ilhabela - Saco da Capela (SP) 0, , São Sebastião - Pta. Cigarras (SP) 0, ,5 0, São Sebastião - Pta. Araçá (SP) 0, , Guarujá Enseada (SP) 1, , Santos - José Menino (SP) 7, , Praia Grande I - Praia do Forte (SP) 1, , Praia Grande II - Vila Tupi (SP) 1, Icaraí Niterói (RJ) 1, Ipanema Rio de Janeiro (RJ) , Barra da Tijuca Rio de Janeiro (RJ) 5, ,

23 1.2. MOTIVAÇÃO Diversos estudos têm sido realizados na avaliação do impacto do lançamento de esgotos domésticos em águas costeiras. De acordo com a legislação brasileira, na avaliação destes impactos, bactérias do grupo coliformes termotolerantes (fecais) são consideradas como contaminantes referenciais. A modelagem de plumas de emissários submarinos de esgotos tem se tornado objeto de extrema relevância, tanto na avaliação de impactos promovidos pelo lançamento destes efluentes no meio aquático, quanto na tomada de decisões relativas ao ponto de lançamento ideal. A dispersão da pluma de contaminantes lançada no ambiente marinho é constituída em duas regiões com características distintas: o campo próximo, dominado pela turbulência gerada pelos jatos efluentes da tubulação difusora, forças de empuxo ( buoyancy em inglês), campo de correntes e perfis de densidade; e o campo afastado, onde predominam a turbulência gerada pelas correntes oceânicas e as reações cinéticas de decaimento do contaminante. As escalas espaciais e temporais dos processos de mistura envolvidos distinguem-se significativamente nestas duas regiões, o que dificulta serem consideradas em um modelo único. No sentido de sanar estas dificuldades diversos autores (ZHANG & ADAMS, 1999, BLENINGER & JIRKA, 2004, HILLEBRAND, 2003, BLENINGER, 2006) propõem um acoplamento entre modelos de campo próximo e campo afastado. Nos trabalhos apresentados por estes autores não se verifica uma a- bordagem intensiva no decaimento do contaminante. Entretanto, considerando que o efluente em questão se comporta como um contaminante não conservativo, a quantificação de seu decaimento e o conhecimento de seus principais fatores influentes constituise em um dos pontos principais a ser inserido no acoplamento entre os modelos. O efluente de menor densidade, durante seu processo de mistura inicial com a á- gua do mar irá se elevar em direção à superfície livre, podendo atingi-la ou não, dependendo das variações verticais de densidade entre o ponto de lançamento do efluente e a superfície. A máxima elevação atingida pela pluma ao longo da coluna d água é determinada como a região onde as densidades do efluente e do ambiente se igualam. A elevação e a espessura da pluma constituem-se os principais parâmetros obtidos na modelagem do campo próximo. Estes parâmetros são de extrema relevância na modelagem do campo afastado. A determinação da altura máxima alcançada pela pluma é importante por algumas razões: determina o nível de incidência luminosa ao longo de sua espessura; e a faixa do escoamento responsável pela sua advecção. A espessura da pluma, 7