II RELATÓRIO COMPLEMENTAR DE AVALIAÇÃO DE IMPACTO DO PROJETO SOCIOAMBIENTAL ETE SERRARIA

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1 II RELATÓRIO COMPLEMENTAR DE AVALIAÇÃO DE IMPACTO DO PROJETO SOCIOAMBIENTAL ETE SERRARIA APLICAÇÃO DOS MODELOS MATEMÁTICOS TRANSIENTES SisBaHiA E IPH-A

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3 II RELATÓRIO COMPLEMENTAR DE AVALIAÇÃO DE IMPACTO DO PROJETO SOCIOAMBIENTAL ETE SERRARIA APLICAÇÃO DOS MODELOS MATEMÁTICOS TRANSIENTES SisBaHiA E IPH-A Responsáveis Técnicos: Elenara Corrêa Lersch CRQ: Consultor Técnico: Titular da Elenara Corrêa Lersch EIRELI César Xavier Hoffmann Engenheiro Químico DMAE CREA: RS Professor Paulo Cesar Colonna Rosman Departamento de Recursos Hídricos & Meio Ambiente da Escola Politécnica e da Área de Engenharia Costeira & Oceanográfica do COPPE Universidade Federal do Rio de Janeiro Porto Alegre, 08 de outubro de 2013.

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5 LISTA DE QUADROS E TABELAS Tabela 1 Rugosidade amplitude equivalente do fundo (ε) (1) e (2) Tabela 2 Limites de Fósforo Total segundo a Resolução 357/ Tabela 3 Concentrações nutrientes na enseada de Ipanema Serraria e Ponta Grossa Tabela 4 Situação de lançamento de 2500 l/s, efluente final Valida para ambos os emissários (1600 ou 2600) Tabela 5 Estações de amostragem plotadas no modelo IPH-A Tabela 6 Valores Estatísticos de velocidade para 30 dias de simulação Tabela 7 Valores Estatísticos de velocidades- 30 dias, Q=1159m 3 /s Tabela 8 Estimativa de concentração da pluma do emissário de efluente final, Q=2500 l/s

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7 LISTA DE FIGURAS Figura 1 Variação diurna do vento em POA Figura 2 Variação diária da velocidade do vento em POA Figura 3 Histograma de frequência da direção dos ventos em POA no período de jan/1996 a fev/ Figura 4 Razão RL, entre velocidade equivalente do vento sobre a água (Uw) e velocidade sobre a terra (UL) Figura 5 Velocidades de Vento corrigidas para superfície d água mês de janeiro Figura 6 Velocidades de Vento corrigidas para superfície d água mês de julho Figura 7 Normais Climatológicas anuais de 1961 a Figura 8 Percentuais de ocorrência de cobertura de nuvens em Porto Alegre no mês de janeiro: Figura 9 Equivalente em dias no percentual de cobertura de nuvens em Porto Alegre no mês de janeiro Figura 10 Percentual de ocorrência de cobertura de nuvens em Porto Alegre, mês de julho Figura 11 Equivalente em dias no percentual de cobertura de nuvens em Porto Alegre Mês de janeiro Figura 12 Incidência mensal de radiação solar sob Porto Alegre, período e Figura 13 Média mensal típica de janeiro Figura 14 Média mensal típica de julho Figura 15 Linigrama de Itapuã Figura 16 Linigrama da régua do Harmonia Figura 17 Ensaio laboratorial de T Figura 18 Valores de T90, Yang et al. (2000) para verão em dia ensolarado(a) e nublado(b) Figura 19 Coliformes termotolerantes dados estatísticos de quartil 80% interpolação Kriging.35 Figura 20 Coliformes termotolerantes dados estatísticos de média geral interpolação Kriging Figura 21 Elevação de nível em Itapuã período de janeiro Figura 22 Elevação de nível Itapuã período de julho Figura 23 Batimetria interpolada usada na malha do Guaíba Figura 24 Tela do SisBaHiA com a listagem das estações de amostragem no MH Figura 25 Campo de correntes do Hidrodinâmico 2DH no 5 dia de simulação, período de estiagem Figura 26 Campo de correntes do Hidrodinâmico 2DH no 15 dia de simulação, período de estiagem Figura 27 Campo de correntes do Hidrodinâmico 2DH no 30 dia de simulação, período de estiagem Figura 28 Percentual de velocidades menor que 5,0 cm/s, 30 dias de simulação, mês de janeiro, Modelo Hidrodinâmico 2DH

8 Figura 29 Comparativo de velocidades por nível para as estações de amostragem em período de estiagem Figura 30 Campo de correntes do Hidrodinâmico 2DH no 5 dia de simulação, período média geral Figura 31 Campo de correntes do Hidrodinâmico 2DH no 15 dia de simulação, período média geral Figura 32 Campo de correntes na superfície, do Hidrodinâmico 3DH no 30 dia de simulação, período média geral Figura 33 Percentual de velocidades menor que 5,0 cm/s vazão de 1159 m 3 /s na Ponta da Cadeia Figura 34 Período anual: Comparativo de velocidades por nível para as estações de amostragem Figura 35 Cenário atual de qualidade-vazão 1159m 3 /s, modelo hidrodinâmico 2DH, 30 dias Figura 36 Ocorrência de valores maiores que 1000 NMP/100 ml, modelo hidrodinâmico 2DH, 30 dias, mês de julho Figura 37 Cenário atual de estiagem, Q= 355 m 3 /s Figura 38 Ocorrência de valores maiores que 1000 NMP/100 ml em condição de estiagem Figura 39 Redução de impacto a montante da Ponta Grossa em 30 dias Figura 40 Impacto do emissário de 1600m, 2500 l/s, efluente final para 30 dias Figura 41 Destaque do efeito isolado da pluma do emissário de 1600m, 2500 l/s, efluente final, 30 dias Figura 42 Destaque do efeito isolado da pluma do emissário 1600m, 2500 l/s, efluente final: percentuais de ocorrência acima de 1000 MNP/100 ml Figura 43 Impacto do emissário de 1600m, 2500 l/s, efluente final, 30 dias Figura 44 Destaque do efeito isolado da pluma do emissário 2600m, 2500 l/s, efluente final, 30 dias Figura 45 Destaque do efeito isolado da pluma do emissário 2600m, 2500 l/s, efluente final: percentuais de ocorrência acima de 1000 MNP/100 ml Figura 46 Diluição da pluma para análise de nutrientes do emissário de 1600m, 2500 l/s. 75 Figura 47 Diluição da pluma para análise de nutrientes do emissário de 2600m, 2500 l/s. 76 Figura 48 Pluma de % de passagem de diluição para o emissário 1600m, 2500 l/s Figura 49 Pluma de % de passagem de diluição para o emissário 2600m, 2500 l/s Figura 50 Módulo de velocidades no Guaíba em 5 dias de escoamento em estiagem Figura 51 Vetores de velocidades para 5 dias de simulação de estiagem Figura 52 Módulo de velocidades no Guaíba em 15 dias de escoamento em estiagem Figura 53 Vetores de velocidades para 15 dias de simulação de estiagem Figura 54 Módulo de velocidades no Guaíba em 30 dias de escoamento em estiagem Figura 55 Vetores de velocidades para 30 dias de simulação de estiagem Figura 56 Valor estatístico de média de Velocidade em estiagem Figura 57 Variação de nível em 30 dias do período de estiagem Figura 58 Módulo de velocidades no Guaíba em 30 dias de escoamento na vazão 1159 m 3 /s

9 Figura 59 Vetores de velocidades para 30 dias de simulação na vazão de 1159 m 3 /s Figura 60 Valor estatístico de média de velocidade em vazão média Figura 61 Variação de nível em 30 dias do período média geral Figura 62 Resultado de qualidade para pluma do Emissário de 1600m, efluente final Figura 63 Pontos na região de lançamento do efluente do emissário de 1600m Figura 64 Gráfico de concentrações próximo ao lançamento do emissário de 1600m Figura 65 Resultado de qualidade para pluma do Emissário de 2600m, efluente final Figura 66 Gráfico de concentrações próximo ao lançamento do emissário de 2600m Figura 67 Análise de diluição do Emissário de 1600 m Fonte única Figura 68 Perfil de concentração residual do emissário 1600m Figura 69 Análise de diluição do Emissário de 2600m Fonte única Figura 70 Perfil de concentração residual do emissário 2600m

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11 SUMARIO INTRODUÇÃO DADOS DE ENTRADA COLETADOS DADOS METEOROLÓGICOS Ventos Cobertura de nuvens e radiação solar DADOS HIDROLÓGICOS Níveis Batimetria Vazões Rugosidade DADOS DE DECAIMENTO Coeficiente de decaimento T DADOS DE QUALIDADE DE ÁGUA DO LAGO GUAÍBA Microbiológicos Delta do Jacuí Canal de Navegação Margem Esquerda Margem Direita Condição de Qualidade segundo a Resolução CONAMA 357/ Nutrientes Fósforo Nitrogênio MODELO MATEMÁTICO SisBaHiA CONSIDERAÇÕES TÉCNICAS SOBRE O SisBaHiA Modelos Hidrodinâmicos Gerados no SisBaHiA RESULTADOS DO HIDRODINÂMICO PARA O SisBaHiA Modelos Hidrodinâmicos (MH) de Período de Estiagem 355m 3 /s Modelos Hidrodinâmicos (MH) de Período Anual 1159m 3 /s CENÁRIOS DE SIMULAÇÃO DESENVOLVIDOS PARA O SisBaHiA Modelo de Qualidade Lagrangeano Cenário de Calibração Microbiológico Cenário atual de qualidade para a vazão de 1159 m 3 /s na Ponta da Cadeia Cenário atual de qualidade para vazão de estiagem de 355 m 3 /s na Ponta da Cadeia CENÁRIOS DE SIMULAÇÃO DO EMISSÁRIO Análise comparativa entre Emissário de 1600 e 2600 metros Simulação de lançamento de esgoto com vazão de 2500 l/s e eficiência plena da ETE Serraria para um período de estiagem

12 Emissário de 1600 metros efluente final, 2500 l/s Emissário de 1600 metros efluente 2500 l/s, efluente final - Fonte única Emissário de 2600 metros efluente final 2500 l/s Emissário de 2600 metros efluente final 2500 l/s - Fonte única Modelo de Transporte Advectivo-Difusivo para Nutrientes Simulações para Análise de Nutrientes Emissário 2500 l/s efluente final conforme LI MODELO MATEMÁTICO IPH-A CONSIDERAÇÕES TÉCNICAS SOBRE O IPH-A CONSIDERAÇÕES E SIMPLIFICAÇÕES NA APLICAÇÃO DO MODELO IPH-A CENÁRIOS DE SIMULAÇÃO DESENVOLVIDOS MODELO HIDRODINÂMICO Resultados do Modelo IPH-A para o hidrodinâmico e qualidade na condição de estiagem81 Considerações do Hidrodinâmico Modelo Hidrodinâmico de Estiagem com vazão de 355 m 3 /s Perfil de velocidades e variação de níveis Modelo Hidrodinâmico de Média Geral com vazão de 1159 m 3 /s Perfil de velocidades e variação de nível Considerações do Modelo de Qualidade Análise Microbiológica Cenários de Fonte única do período de estiagem Simulação de fonte única para o Emissário de 1600 metros Simulação de fonte única para o Emissário de 2600 metros Análise de Nutrientes Cenários de Fonte única em período de estiagem Simulação de diluição de fonte única do Emissário de 1600 metros Simulação de diluição de fonte única apara o Emissário de 2600 metros AVALIAÇÃO E CONCLUSÃO REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

13 INTRODUÇÃO Tendo em vista a documentação apresentada pela FEPAM, ofício nº FEPAM/GAB/6114/2013, ata de reunião de 24/06/2013, e Informação Técnica DMAE-PISA, o Departamento Municipal de Água e Esgotos DMAE, com base nas informações da modelagem matemática do aplicativo DMAEMAP, vem apresentar os esclarecimentos necessário para atender as dúvidas apresentadas na Informação Técnica expedida pela FEPAM. Considerando um dos principais questionamentos no caso, o modelo hidrodinâmico e batimetria atualizada, o Departamento buscou no mercado nacional entidades de tivessem, além do reconhecimento na área de modelagem matemática ambiental, também a devida experiência na aplicação e uso da ferramenta em situações reais. Dentre as opções existentes, foram realizados contatos com a COPPE/UFRJ, instituição de renome nesta área técnica. Com a Fundação COPPETEC, entidade responsável pela formalização de cessão de uso do SisBaHiA (Sistema Base de Hidrodinâmica Ambiental), o DMAE estabeleceu em 2013 um acordo de Cooperação Técnica, PENO17550, através do qual se contou com a consultoria e orientação técnica do Professor Paulo Cesar Colonna Rosman. Tal aplicativo é uma ferramenta de múltiplos usos e dispõe das premissas matemáticas e operacionais que atendem na plenitude os questionamentos apontados pela FEPAM. Utiliza um modelo hidrodinâmico bidimensional e tridimensional otimizados para recursos hídricos naturais e adequadamente aplicáveis para o Lago Guaíba. Também dispõe de um modelo de Transporte Lagrangeano com acoplamento dinâmico de Modelo de Campo Próximo, para o qual uma das aplicações é a simulação de plumas de esgotos em emissários, permitindo avaliar em diferentes vazões o comportamento da concentração de organismos do grupo coliformes. Da mesma forma permite avaliar o efeito de diluição de substâncias conservativas como no caso de nutrientes com base no regime transiente de modelagem. O SisBaHiA permitem determinar a influência de diferentes fatores que atuam no escoamento com base em um conjunto de dados levantado. O comportamento hidrodinâmico é importante em situações de intervenções no corpo d água, tais

14 12 como a dragagem de canais, emissários de esgoto e efluentes industriais, captações de água, etc. Em relação ao IPH, foi realizado um encontro técnico onde a instituição não apenas disponibilizou o modelo matemático IPH-A, como ainda contou com a devida colaboração técnica do próprio autor para aquelas aplicações que porventura se fizessem necessárias. O modelo matemático do IPH-A, foi desenvolvido para uso em estuários e lagoas, com ênfase no Guaíba. Conta com um modelo hidrodinâmico bidimensional baseado na técnica de diferenças finitas, semi-implícita de direções alternadas para a resolução numérica das equações que definem o escoamento. O mesmo método de direções alternadas, porém explicito e com interpolação exponencial, é utilizado para solução numérica da equação de advecção-difusão. Com o objetivo de atender aos questionamentos da FEPAM, a equipe técnica do DMAE, respaldada pelo suporte tanto da COPPE, no caso do SisBaHiA, e com a colaboração do IPH, no caso do modelo IPH-A, desenvolveu um modelo hidrodinâmico e um modelo de qualidade para estudo dos efeitos da pluma do emissário subaquático, com os melhores dados batimétricos disponíveis, assim como outros dados requeridos para os diferentes sistemas, objetivando a calibração dos modelos para o Lago Guaíba.

15 13 DADOS DE ENTRADA COLETADOS Modelos do tipo transiente requerem uma série de dados, cuja complexidade de informações, ou sua inexistência, podem inviabilizar o uso de tal tipo de ferramentas de modelagem. Neste sentido, o DMAE necessitou recorrer a várias instituições públicas e privadas que detinham as informações, no sentido de que fossem disponibilizados os dados de monitoramento para agregá-los como dados de entrada para os modelos. DADOS METEOROLÓGICOS Ventos O DMAE buscou as informações junto ao Instituto de Pesquisas Aeroespaciais INPE/ INMET. Originalmente as informações disponibilizadas no site são, em geral, relativas a dados estatísticos de média de ocorrência, valores que induzem a aplicação dos modelos em condição permanente (estacionário) sem que seja aplicado todo o recurso da ferramenta de modelagem. A existência das informações em intervalos regulares é essencial para que as simulações se aproximem ao máximo do comportamento da natureza. Junto ao Ministério de Agricultura Pecuária e Abastecimento MAPA, vinculado ao INMET, obtivemos dados da Estação Meteorológica Automática de Porto Alegre com frequência horária de medição, para uma série diária de 22/09/2000 a 30/06/2013. Tais informações dispunham da orientação dos ventos, direção em graus, velocidade medida em m/s, e velocidade em m/s para a rajada de vento. Observou que na região de Porto Alegre há predominância anual de ventos Sudeste ou Leste, e de vento Sudeste para situações de verão. A velocidade média, para ambos os períodos, fica em torno de 1,0 a 2,5 m/s, confirmada pelos estudos feitos com base nos dados do INMET. As figuras 1 e 2 ilustram a constância da variação diurna dos ventos em Porto Alegre para diferentes períodos de amostragem.

16 14 Figura 1 Variação diurna do vento em POA. Fonte: Livi Figura 2 Variação diária da velocidade do vento em POA. Fonte: Coussirat de Araújo Com relação à direção do vento, outros estudos, em até diferentes períodos, apontaram para a mesma condição de predominância, figuras 3.

17 15 Outono Primavera Verão Inverno Figura 3 Histograma de frequência da direção dos ventos em POA no período de jan/1996 a fev/1997. Obs.: Dados obtidos de tese de doutorado de João Luiz Nicolodi, 2007, baseado em dados do Aeroporto Salgado Filho, , nível 10m do chão. Fonte: NICOLODI,2007. De posse dos dados do INMET o DMAE fez uma compilação dos mesmos com todos os parâmetros necessários (data, velocidades, direção e ângulo) e constituiu uma base de dados relacional. A partir desta foram extraídos diversos resultados pós-processados, selecionados para os períodos representativos de estiagem e de média geral. O principal objetivo foi gerar uma curva de tendência a fim de obter uma série de 30 dias de velocidades e direção dos ventos sobre a cidade de Porto Alegre. Desta forma, com as velocidades de vento medidas em terra, se efetuou a correção das mesmas para a cota da superfície d água, seguindo a orientação da bibliografia técnica. (DONALD-2005) Na figura 4 temos um gráfico que estabelece a correlação entre as velocidades de vento em terra e na superfície da lâmina d água.

18 16 Figura 4 Razão RL, entre velocidade equivalente do vento sobre a água (Uw) e velocidade sobre a terra (UL). As velocidades dos ventos, medida em terra, foram devidamente ajustadas para os equivalentes sob a superfície d água, através do método recomendado no Chapter 2 (parte II) Meteorology and Wave Climate, Coastal Engineering Manual, US Army Corps of Engineers (2005). Os modelos SisBaHiA e IPH-A aceitam a entrada de ventos variáveis no espaço e no tempo. Os dados selecionados e correlacionáveis com as informações hidrológicas disponíveis foram: Mês de janeiro, por serem representativos de um período de verão com baixa vazão, 355m 3 /s para estiagem; Mês de julho, por serem representativos de um período de inverno, de vazão média de 1159m 3 /s; Os valores encontram-se graficados nas figuras 5 e 6, e os valores foram inseridos no modelo SisBaHiA e no modelo IPH-A como dados de entrada.

19 Figura 5 Velocidades de Vento corrigidas para superfície d água mês de janeiro. 17

20 18 Figura 6 Velocidades de Vento corrigidas para superfície d água mês de julho.

21 19 Cobertura de nuvens e radiação solar Buscamos informações do grau de nebulosidade na região de Porto Alegre junto ao banco de dados do INPE- CPTEC bem como junto ao INMET. O INMET dispõe de Mapas Gráficos de Normais Climatológicas para um período de 1961 a Na figura 7 apresentamos um mapa anual do período em questão onde se observa que na região de Porto Alegre predominaram índices de cobertura de 0,4 a 0,5, equivalente a 40% a 50% de nebulosidade. Figura 7 Normais Climatológicas anuais de 1961 a Obs.: UTC=Coordenada de Tempo Universal, com referência no Meridiano de Greenwich, Inglaterra. Para modelos transientes, os fenômenos meteorológicos devidamente informados não apenas determinam o comportamento hidrodinâmico como também

22 20 interferem nas reações físico-químicas e biológicas que ocorrem no meio aquático, determinantes na caracterização da qualidade das águas. Na busca de dados junto ao INMET obteve-se uma série de 2000 a 2013 com registros, que convertidos em uma base de dados relacional donde se extraiu as informações específicas para os meses de janeiro, com 1208 registros, e julho com 1132 registros. Foi aplicado o mesmo critério adotado para ventos, em função dos dados de níveis disponíveis. Para cada conjunto de dados se avaliou o percentual de ocorrência de nebulosidade por faixa em uma escala de 0 a 100% de cobertura. A cobertura de nuvens é um fator considerado para os modelos de decaimento bacteriano, pois interfere na incidência da radiação solar na massa de água, aumentando o T90. Os resultados encontram-se nas figuras 8 a 11. Figura 8 Percentuais de ocorrência de cobertura de nuvens em Porto Alegre no mês de janeiro:. Fonte: Site do INMET.

23 21 Figura 9 Equivalente em dias no percentual de cobertura de nuvens em Porto Alegre no mês de janeiro. Fonte: Site do INMET Cabe registrar que neste período ocorreram vários eventos climáticos do El Niño de intensidade forte, nos verões de e e de intensidade fraca, nos verões de e Isto explica o grande número de ocorrências entre 80% a 100% de nebulosidade em janeiro, figura 7. Para o total de dias do mês, a terça parte das ocorrências ficaram na faixa entre 40% a 60% de nebulosidade e outra terça parte com 0% de nebulosidade. Assim, consideramos que o mais apropriado para ser usado como entrada do modelo em uma simulação de estiagem, vazão de 355 m 3 /s no estreitamento da Ponta da Cadeia, seria a nebulosidade de 40%, valor confirmado pelas informações das Normais Climáticas, estatística disponibilizada no site do INMET, figura 7. Avaliação semelhante se fez no mês de julho, para o mesmo período de 2000 a 2013, para apurar as condições de nebulosidade em uma situação de inverno, quando se tem maior vazão de aporte de água no lago, em média 1159 m 3 /s junto ao estreitamento da Ponta da Cadeia. A análise dos dados e interpretação dos resultados está condensada nas figuras 9 e 10, a seguir.

24 22 Figura 10 Percentual de ocorrência de cobertura de nuvens em Porto Alegre, mês de julho. Fonte: Site do INMET. Figura 11 Equivalente em dias no percentual de cobertura de nuvens em Porto Alegre Mês de janeiro. Fonte: Site do INMET. Os dados de julho apresentaram as maiores ocorrências para as condições extremas de nebulosidade, 0% e 100%. Na média, o mês de julho, característico do inverno, apresentou um equilíbrio entre as condições de cobertura de nuvens, ou seja, a terça parte do mês com céu limpo, outra com nublado médio e outra terça parte com alta nebulosidade, estando este último associado aos períodos de precipitação.

25 23 Tal distribuição de ocorrência associada às informações das Normais Climáticas confirma que para uma condição média de vazão, o critério de 40% de nebulosidade também á bastante coerente e representativo para o que ocorre na região. Estando assim definidas as condições de nebulosidade a serem usadas no modelo do SisBaHiA, complementou-se a análise com as informações de incidência de radiação solar em Porto Alegre. O Instituto Nacional de Meteorologia- INMET conta com uma série de dados de estações automáticas e disponibiliza várias análises estatísticas por parâmetro de medição. Os dados de radiação solar para a região de Porto Alegre estão disponíveis no site do INMET conforme figura 12. Figura 12 Incidência mensal de radiação solar sob Porto Alegre, período e Fonte: Site do INMET Observa-se que para o período de verão, predominam índices elevados, o que se confirma para a média mensal de janeiro, figura 13, e os baixos índices para julho, figura 14.

26 24 Figura 13 Média mensal típica de janeiro. Figura 14 Média mensal típica de julho. A literatura faz alusão sobre os altos níveis de radiação solar que giram em torno de 5,89 kwh/m 2 /dia (=21,204 MJ/m 2 /dia ou 5890 Wh/m 2 /dia), com referência aos registrados na Austrália Central. Já os mais baixos, observados em

27 25 Helsinki, Finlândia ficaram ao redor de 2,41 kwh/m 2 /dia (=8,676 MJ/m 2 /dia ou 2410 Wh/m 2 /dia). (SOLAR) Assim sendo, os valores médios de radiação medidos pelo INMET no verão, para a região de Porto Alegre, são considerados como de alta intensidade. Isso é favorável a um tempo de decaimento bacteriano menor, principalmente em águas de baixa turbidez. Entretanto, apesar do índice de radiação elevado no verão, o Lago Guaíba apresenta, em média, turbidez na faixa de 34 a 113 UNT, transparência entre 25 a 68 cm e cor entre 70 a 180 mg Pt/l (DMAE, BENDATI), condições que determinam baixa penetração da luz solar na massa líquida. Assim, fatores climatológicos e de qualidade de água anteriormente mencionados influenciam sobremaneira no decaimento bacteriano, parâmetro a ser definido para o modelo Lagrangeano de qualidade de água. DADOS HIDROLÓGICOS Níveis A obtenção de informações relativas aos níveis do Guaíba foi bastante difícil, pois as estações existentes, não automatizadas, como do Farol de Itapuã e Ponta dos Coatis, encontram-se há muito tempo fora de operação, conforme informação da Agência Nacional de Águas ANA. Nenhuma estação do tipo automática foi instalada em substituição. Os dados de medições disponíveis datam do período de 1940 a Material um pouco mais atualizado foi encontrado junto à Superintendência de Portos e Hidrovias SPH, que forneceu ao DMAE registros da estação automática Régua do Harmonia, junto ao Cais do Porto de Porto Alegre, no período de 1983 a 2013, com três leituras diárias. O estudo dessas informações foi importante, pois possibilitou verificar que toda a variação de nível na Lagoa dos Patos se reproduz, em menor intensidade na estação Harmonia. Dessa forma, o mesmo se poderia esperar para Itapuã, figuras 15 e 16, cujos dados, apesar de relativos ao mesmo lapso de tempo inexistem.

28 26 Neste sentido, o IPH, por intermédio do Prof. Alejandro Borche, disponibilizou dados reais de monitoramento coletados durante estudos do modelo IPH-A. figura 15. Segundo os estudos do IPH, foi traçado um linigrama para o período, Figura 15 Linigrama de Itapuã. Fonte: IPH Buscamos assim correlacionar com informações da régua do Harmonia para o mesmo período, figura 16. Figura 16 Linigrama da régua do Harmonia. Fonte: SPH Pode-se observar a reprodutibilidade do comportamento entre as estações de amostragem. Isto significa que o Lago Guaíba, num determinado

29 27 espaço de tempo, reproduz, em menor intensidade, as variações de níveis da Lagoa dos Patos. A equipe técnica utilizou dados disponíveis, e realizou algumas simplificações para gerar um modelo hidrodinâmico ajustado para as condições naturais do Lago Guaíba. Batimetria Considerando as dúvidas levantadas pela FEPAM quanto aos dados de batimetrias usados no modelo DMAEMAP, foi necessário buscar as diferentes fontes que dispunham de informações mais atuais sobre a batimetria do manancial. Assim sendo, foram utilizadas as Cartas Náuticas 2113 e 2111, com as últimas atualizações efetuadas e disponibilizadas no site da Marinha como imagem raster. Os dados das cartas foram digitalizados e acoplados a malha e base georeferenciada. Para o corpo hídrico em estudo e considerando todas as informações coletadas e disponíveis dentre as instituições públicas, observamos que o levantamento batimétrico executado em 2001 pelo CECO/UFRGS em convênio com o DMAE, ainda é a informação mais atualizada existente até o momento. Desta forma, a equipe técnica acoplou tais dados à base digitalizada da carta náutica, aumentando assim a densidade de pontos para geração do perfil de batimetria para o modelo hidrodinâmico. Assim sendo, para o modelo hidrodinâmico do SisBaHiA, se fez uso de ambos os dados de batimetria após ter sido acoplada a malha quadrática gerada para o Guaíba. O modelo IPH-A já dispunha desta atualização de 2001, CECO, e, portanto, foi usada a base de dados já existente no modelo. Vazões Com relação às vazões a serem utilizadas na modelagem, o marco inicial terá como parâmetro os mesmos critérios usados no último relatório entregue à

30 28 FEPAM, que tratava das avaliações de impacto do emissário para situação de estiagem, proposto pelo órgão ambiental. Desta forma se trabalhou com valores de 1159 m 3 /s na Ponta da Cadeia, para representar uma condição de média geral de ocorrência para um período de 12 meses, e com uma vazão de 355 m 3 /s, também na Ponta da Cadeia, para condição critica de estiagem de verão. Todas as informações coletadas constam no RELATÓRIO COMPLEMENTAR DE AVALIAÇÃO DE IMPACTO MODELO MATEMÁTICO DMAEMAP- CENÁRIOS PISA 2012, entregue à FEPAM em dez/2012. Cabe observar que, para a geração do modelo hidrodinâmico no modelo SisBaHiA, foi ajustada a malha, estabelecendo-se fronteira aberta para todos os aportes ao lago, o que representam as entradas de água do sistema. No caso do modelo IPH-A, é considerado apenas como fronteira aberta a seção do rio Jacuí, o qual representa 80% do volume de água que chega ao lago. Assim, o modelo hidrodinâmico desta ferramenta conta como única entrada o aporte do rio Jacuí. Rugosidade O leito de fundo de qualquer manancial não é plano. As saliências e reentrâncias afetam o deslocam da massa líquida. A rugosidade é um parâmetro que retrata estas variações em qualquer superfície. Para o modelo SisBaHiA, a rugosidade pode ser especificada de forma variável em todo o domínio, podendo ser informada a cada nó dos segmentos ou especificada por regiões da malha. A rugosidade, pela influência do atrito de fundo, retrata as perdas de energia no escoamento de corpos hídricos. Em determinados modelos algumas vezes funciona como um fator de calibração, com a intenção de reproduzir com maior precisão as correntes modeladas em relação às medidas. A tensão de atrito no modelo SisBaHiA é parametrizado seguindo a lei quadrática (1), o coeficiente de atrito, g/(chézy)², varia no tempo e espaço, em função do parâmetro de Chézy. Como se vê em (2) tal parâmetro, em cada local, é

31 29 função da amplitude da rugosidade equivalente do fundo ε e da altura instantânea da coluna de água H. Valores recomendados para a amplitude da rugosidade equivalente do fundo (ε) são indicados na tabela 1. (1) (2) Tabela 1 Rugosidade amplitude equivalente do fundo (ε) (1) e (2). Terreno ou leito de terra Leito com transporte de sedimentos m < ε < m Leito com vegetação m < ε < m Leito com obstáculos m < ε < m Fundo de pedra ou rochoso Fundo de alvenaria m < ε < m Fundo de pedra lisa m < ε < m Fundo de asfalto m < ε < m Fundo com pedregulho m < ε < m Fundo com pedras médias m < ε < m Fundo com pedras m < ε < m Fundo com rochas m < ε < m Fundo de concreto Fundo de concreto liso m < ε < m Fundo de concreto inacabado m < ε < m Fundo de concreto antigo m < ε < m Para o modelo SisBaHiA, adotou-se ε = 0,025 m para todo o domínio modelado. Para o IPH-A manteve-se os valores padrões de instalação. DADOS DE DECAIMENTO Coeficiente de decaimento T90 O coeficiente de decaimento, T90, foi baseado em ensaios laboratoriais feitos no laboratório de pesquisa do DMAE, através de várias leituras de contagem de organismos coliformes termotolerantes ao longo do tempo, a partir de uma amostragem representativa coletada junto ao ponto de captação da ETA José Loureiro da Silva, estocada em incubadora a 20 C com intervalo de 12 horas de

32 30 exposição de luz durante todo o período do experimento. A figura 17 ilustra o comportamento do ensaio laboratorial. Figura 17 Ensaio laboratorial de T90. Fonte: DMAE O modelo SisBaHiA, como já mencionado anteriormente, tem a flexibilidade de resolver suas equações com base em valores fixos ou variáveis de T90. No caso de variável, adota soluções de modelos de decaimento conforme bibliografia indicada. (FEITOSA, 2013). Este estudo mostra vários modelos de decaimento, cujas aplicações reproduziram comportamento semelhante do fenômeno, ou seja, no período noturno, pela ausência de luz, os organismos tendem a aumentar o tempo de decaimento e, durante o dia, acelera a mortalidade. Assim, fatores como a transparência do meio, insolação e salinidade são determinantes para a estimativa do T90. Pode-se dizer que águas de maior salinidade e límpidas, como águas costeiras, tendem a apresentar menor tempo de decaimento que águas turvas e doces como rios e lagos. Em plumas de emissários subaquáticos, espera-se T90 maior na zona afótica e valores menores na zona eufótica. Assim sendo, dependendo da altura da coluna d água e hidrodinâmica do manancial, pode-se ter maior quantidade da pluma abaixo da zona eufótica e assim maior será o T90. Em águas rasas, a pluma

33 31 tende a superfície e assim torna-se favorável a um decaimento mais acelerado por ação da radiação solar, refletindo na redução do T90. Para melhor ilustrar este comportamento a figura 18 extraída da bibliografia (FEITOSA, 2013) mostra a variação horária do T90 em condição de verão com céu limpo (a) ou nublado(b), para os diferentes modelos considerados. Em ambas as situações o valor do decaimento foi calculado considerando as mesmas condições de salinidade, temperatura e radiação solar. Figura 18 Valores de T90, Yang et al. (2000) para verão em dia ensolarado(a) e nublado(b). Observa-se que a presença de radiação solar é extremamente favorável à redução dos tempos de decaimento de Escherichia Coli (E.Coli), para valores inferiores a 20 horas, ao passo que a presença de nebulosidade eleva este tempo, praticamente dobrando os valores. Estes ensaios foram representativos de águas com relativa salinidade, costeiras. No caso do Guaíba, manancial de água doce, não existe medições do parâmetro salinidade. Considerou-se, para fins de uso na

34 32 modelagem, um valor 0,5 ppt que é comumente encontrado em águas doces superficiais, valor também estimado pelo CONAMA. A baixa salinidade, somada a fatores de elevada turbidez, cor e baixa transparência mostra-se favorável ao aumento do tempo de decaimento bacteriano. Assim, pode-se dizer que o valor experimental de 48 horas mostrou-se muito elevado frente aos estudos de modelos de decaimento (FEITOSA, 2013). Entretanto, tal valor toma um caráter de coeficiente de segurança para as simulações de cenários de qualidade em coliformes termotolerantes, sendo assim adotado tanto para o modelo SisBaHiA como para o modelo IPH-A. Isto significa que os modelos estão admitindo uma condição bem mais crítica na avaliação do impacto ambiental do emissário da Serraria. DADOS DE QUALIDADE DE ÁGUA DO LAGO GUAÍBA Microbiológicos Os dados microbiológicos da água do manancial foram reavaliados para se ter ideia do grau de comprometimento da qualidade das águas do manancial, frente aos resultados gerados pelo modelo IPH-A. Desta forma foi realizada nova avaliação estatística dos dados de qualidade da água do manancial, resultados oriundos dos programas de monitoramento das águas superficiais dos laboratórios de pesquisa do DMAE, do período de 2000 a Nesta avaliação de qualidade, em termos microbiológicos, os valores encontrados mantiveram-se de acordo com o último estudo feito pelo DMAE sobre a qualidade das águas do Lago Guaíba (BENDATI, V-076). Considerando a dinâmica das águas do Guaíba, o estudo de qualidade deve ocorrer por regiões, em função da maior ou menor influência de contribuintes, e regime hidrológico presente, podendo-se dizer que: Delta do Jacuí No Delta do Jacuí, o Canal dos Navegantes, que recebe preferencialmente as águas do Rio Gravataí, apresenta o mesmo grau de comprometimento que o Gravataí, onde a qualidade das águas está entre Muito

35 33 Ruim e Ruim, conforme indica o Índice de Qualidade de Água (IQA) (BENDATI, V- 076). Este rio recebe elevada contribuição de esgotos sanitários e apresenta baixa capacidade de autodepuração devida, principalmente, às baixas velocidades de escoamento e às pequenas vazões extremamente críticas no verão. Já os canais do Delta, que recebem preferencialmente águas oriundas do rio dos Sinos, apresentam qualidade entre Regular e Ruim. O Rio dos Sinos percorre uma região densamente povoada com um polo industrial considerável, recebendo efluentes de curtumes, metalúrgicas, fábricas de calçados e outros. As demais regiões do Delta do Jacuí apresentam boa qualidade das águas, pois tem maior influência das águas do Jacuí. Canal de Navegação No Canal de Navegação e à jusante da Ponta da Cadeia, as águas apresentam condições de qualidade de regulares a ruins devido à influência dos lançamentos de esgoto bruto de Porto Alegre junto à Ponta da Cadeia e a descarga poluidora dos arroios Dilúvio, Cavalhada e Divisa. Sua qualidade passa a Regular e Boa, melhorando gradativamente, no sentido a Lagoa dos Patos (Itapuã). As regiões do Guaíba mais à jusante, além de serem de ocupação rarefeita, recebem maior influência das águas de boa qualidade da Lagoa dos Patos. Margem Esquerda Na margem esquerda, a qualidade das águas do Guaíba apresenta melhora de montante para jusante, variando de Muito Ruim a Ruim na altura do arroio Dilúvio e a Boa na praia do Lami. Margem Direita Na margem direita, observa-se que a qualidade das águas é melhor que a da margem esquerda. Com exceção do ponto situado junto à cidade de Guaíba, todas as estações de coleta da margem direita tiveram qualidade entre Regular e Boa. Isto se deve a menor densidade populacional dos municípios desta margem e menor carga de esgotos que aportam as margens, consequentemente.

36 34 Condição de Qualidade segundo a Resolução CONAMA 357/2005 O canal de navegação funciona como uma barreira, impedindo que a poluição da margem esquerda não trespasse para a margem direita, o que pode ser atribuído a hidrodinâmica das águas. Assim o Delta do Jacuí apresenta condição de Classe 2 a Resolução CONAMA 357/2005, exceto no Canal dos Navegantes, cuja densidade de coliformes termotolerantes ultrapassa 4000 NMP/100 ml, o que atribui condição de classe 4. O canal de navegação, próximo à Ponta da Cadeia, apresenta condição de classe 4 ao Canal para coliformes. À medida que segue em direção à Lagoa dos Patos, passa para classe 3 após a Ponta do Melo, e classe 2 adiante da Ponta Grossa. A margem esquerda, praticamente em toda sua extensão, apresenta a pior condição de qualidade, classe 4, exceto na Praia do Lami com classe 2. Na margem direita predomina a condição de classe 2, exceto próximo a Guaíba que, em alguns períodos, chega a classe 3 devido aos esgotos cloacais da cidade. Para fins de melhor comparação dos dados de monitoramento com os resultados gerados pelo modelo SisBaHiA, optou-se por usar a mesma ferramenta de interpolação que o programa adota, bem como o mesmo método matemático no modelo para a geração do mapa temático de qualidade, representativo da condição atual do lago. O critério de interpolação aplicado foi o método Kriging, tipo ponto, com modelo de semi-variograma de componente linear. Para garantir a maior representatividade da amostragem de campo, foram considerados os valores estatísticos de quartil 80% e de média geométrica dos valores no período. Cabe salientar que o método de interpolação utilizou a informação de 242 registros com dados de monitoramento. Em linhas gerais, um mapa temático sempre se mostra de mais fácil interpretação do que uma simples listagem com valores numéricos, por isso optamos por este tipo de apresentação. Deve-se considerar o elevado desvio padrão da característica coliforme, motivo pelo qual, por questões de segurança, optamos em trabalhar com valor estatístico de Quartil 80%. Esta grande amplitude dos resultados da contagem de

37 35 organismos deve estar relacionado às condições favoráveis ou não do meio hídrico para decaimento bacteriano. Neste sentido é recomendável operar nos programas de modelagem com fatores mais críticos na alimentação dos sistemas. As figuras 19 e 20 mostram os mapas temáticos gerados. Figura 19 Coliformes termotolerantes dados estatísticos de quartil 80% interpolação Kriging.

38 36 Figura 20 Coliformes termotolerantes dados estatísticos de média geral interpolação Kriging.

39 37 Nutrientes O DMAE já apresentou em relatório anterior uma avaliação sobre a condição da qualidade das águas do Guaíba em termos de nutrientes (LERSCH 2012). Fósforo Uma das últimas publicações técnicas do Departamento Municipal de Águas e Esgotos de Porto Alegre (BENDATI) já alertava para a presença de elevadas concentrações de fósforo, em condição de classe 4, da Resolução CONAMA 357/2005, ou superior em toda a extensão do lago. Os estudos sobre o Delta do Jacuí (FARIA, LERSCH, 2001) bem como sobre o índice de qualidade das águas do Guaíba (BENDATI - DMAE) já determinavam elevadas concentrações de nutrientes de origem não apenas da ação antrópica no meio, como também de fontes naturais, devido à formação geológica do ecossistema do Guaíba. Para os 100% dos dados de campo coletados as concentrações superiores a 0,03 mg P/l, foram sempre constantes determinando o comprometimento da qualidade das águas com relação ao fósforo. Boa parte deste comportamento se deve à grande disponibilidade deste nutriente no sedimento de fundo, juntamente com a parcela da matéria orgânica depositada ao longo de milhares de anos. A bacia do Guaíba recebe as contribuições dos rios Jacuí, Caí, Sinos e Gravataí, que percorrem extensas áreas do estado trazendo sedimentos e matéria em suspensão. Ao desaguarem no Delta do Jacuí passam a fazer a deposição seletiva desse material leve, em geral silte, argila e alguma areia fina, ao longo dos canais das ilhas e estuário. Além do Delta, a bacia do Guaíba apresenta uma constituição de natureza siltoarenosa, ao passo que os pântanos e banhados, de natureza argilosa. (PLANDEL, 1979). Essa formação é responsável por certas peculiaridades na qualidade das águas do complexo do Guaíba. As águas que percorrem os canais do Delta do Jacuí apresentam concentrações de fósforo total de e 0,06 a 0,34 mg P/l (FARIA, LERSCH, 2001) e de

40 38 0,03 a 0,24 mg P/l de fósforo orto, valores bastante elevados quando comparados aos limites do CONAMA. Soma-se a esta situação os demais aportes que deságuam direto no manancial, após o estreitamento da Ponta da Cadeia, que com o regime lagunar que se estabelece, enriquecem ainda mais os sedimentos do lago com esse nutriente. O CONAMA relaciona sua concentração com a hidrodinâmica do meio e prevê diferentes limites, para cada classe, de acordo com a hidrodinâmica presentes, conforme se vê na tabela 2. Tabela 2 Limites de Fósforo Total segundo a Resolução 357/2005 Ambiente Tempo de residência (dias) Classe 1 (mg P/l). Classe 2 (mg P/l). Classe 3 (mg P/l). Classe 4 (mg P/l). Lêntico - 0,02 0,03 0,05 - Intermediário 2 a 40 0,025 0,05 0,075 - Lótico - 0,1-0,15 - Para o conjunto de dados de amostragem, as concentrações predominaram dentro dos limites de ambientes lóticos, o que era esperado, visto o grande volume e velocidades das águas do rio Jacuí, que determinam o regime de escoamento até o encontro com a Lagoa dos Patos. Se analisado pelo aspecto das velocidades, o Guaíba deveria ser avaliado sob todas as condições de regime do ambiente, de lênticos a lóticos. Como um ambiente lótico, para toda a região do Delta e Canal de Navegação, e, para as águas das margens direita e esquerda, como um ambiente intermediário a lêntico. Se considerado apenas o aspecto de enquadramento do lago, segundo o CONAMA em classe 2, teríamos as opções de lêntico ou intermediário para todo o lago. Pela análise dos dados de qualidade, existem ocorrências distribuídas por todas as classes do CONAMA. Mesmo assim, pode-se afirmar que existe comprometimento das águas com relação a este parâmetro, conferindo a condição de classe 4 do CONAMA. (LERSCH,2012)

41 39 Nitrogênio Para as ocorrências de Nitrogênio Total, considera-se que na maioria das vezes as contribuições estão relacionadas ao aporte de esgotos sanitário, proveniente das redes públicas de esgoto. Este parâmetro, na forma total, não é regularmente monitorado para toda a extensão do lago dentre todos os programas de monitoramento ambientais executados pelos laboratórios de pesquisa do DMAE. Assim, a análise estatística foi complementada com os resultados das demais formas em que o nitrogênio se apresenta nas águas. Foi constatada uma grande incidência de valores inferiores a 3,7 mg N/l, variando entre 0,83 a 3,04 mg N/l e com predominância de 1,18 mg N/l de nitrogênio total nas águas do lago. Considerando que a Resolução CONAMA 357/2005 estabelece limite de 3,7 mg N/l para Nitrogênio Amoniacal, pode-se dizer que as águas do Guaíba não utralpassaram o limite da classe 1, observados os valores encontrados para Nitrogênio Total. Valores mais altos desta característica só foram encontrados junto a foz dos rios Gravataí e Sinos, notoriamente conhecidos como os contribuintes de pior qualidade de água que chegam ao Dleta do Jacuí. Conforme a literatura, o nitrogênio, na sua forma amoniacal, aparece tanto em águas naturais como em esgotos e tem origem da decomposição da matéria orgânica nitrogenada através da hidrólise da ureia. Em algumas águas naturais, superficiais e profundas ocorre em concentrações em torno de 10 µg N/l, e em efluentes em valores maiores, até acima de 30 mg N/l. Pelo caráter tóxico que o nitrogênio amoniacal apresenta a vida aquática, é que foi adotado como parâmetro de controle segundo o CONAMA. O nitrogênio presente nos esgotos ocorre predominantemente nas formas amoniacal e orgânico. No meio hídrico sofre oxidação até a sua forma mais estável, o nitrato. Este é assimilável pelos organismos aquáticos, e sua abundância no meio favorece a situações de desequilíbrio ecológico, ocasionado pelo superdesenvolvimento de algas. Pode-se dizer que nas águas do lago Guaíba predominam valores na condição de classe 2 da Resolução CONAMA 357/2005. Entretanto há maior comprometimento junto a foz do rio Gravataí, ao longo do Canal dos Navegantes seguindo pela margem esquerda em direção à Ponta Grossa. Atribui-se tal condição aos aportes de esgoto sanitário existentes no percurso.

42 40 Considerando o aspecto geral de nutrientes a região de interesse deste estudo, da enseada de Ipanema até a Ponta Grossa, apresentou maior comprometimento em termos de nitrogênio e fósforo, visto a existência de várias contribuições marginais com elevadas concentrações desses nutrientes, conforme mostra a tabela 3. Tabela 3 Concentrações nutrientes na enseada de Ipanema Serraria e Ponta Grossa. Contribuições locais Media geral anual Fósforo Total (mg P/l) Nitrogênio Total (mg N/l) Media de verão Fósforo Total (mg P/l) Nitrogênio Total (mg N/l) Arroio Capivara 0,73 19,98 0,90 22,82 Arroio Espirito Santo 0,49 13,49 0,58 14,32 Arroio Guarujá 0,58 11,06 0,58 17,26 Arroio do Salso 0,50 15,63 0,61 13,32 Fonte: DMAE-Pesquisa dados estatísticos da base de dados. MODELO MATEMÁTICO SisBaHiA CONSIDERAÇÕES TÉCNICAS SOBRE O SisBaHiA O aplicativo computacional SisBaHiA (Sistema Base de Hidrodinâmica Ambiental) é um sistema profissional registrado pela Fundação COPPETEC - COPPE/UFRJ Instituto Alberto Luiz Coimbra de Pós Graduação e Pesquisa de Engenharia, da Universidade Federal do Rio de Janeiro, cujo desenvolvimento atende a projetos, estudos e gestão ambiental de recursos hídricos. Os diferentes modelos que compõem o programa podem ser utilizados na previsão do escoamento e movimento das águas, bem como para o transporte de grandezas escalares de interesse. O SisBaHiA pode ser aplicado em simulações de cenários em águas costeiras, baías, estuários, rios, canais, reservatórios, lagos ou lagoas, no sentido de melhor compreender a dinâmica dos processos que ocorrem nesses ecossistemas (ROSMAN, 2012). Para o modelo hidrodinâmico aplica-se o conceito da linhagem FIST ( Filtered in Space and Time ) que permite simular a circulação hidrodinâmica tanto

43 41 bidimensional na vertical (2DH) ou tridimensional (3D) em mananciais de águas naturais, para diferentes condições meteorológicas, oceanográficas, fluviais ou lacustres. O conceito da linha FIST conta com a modelagem de corpos d água com superfície livre e composta por uma série de modelos hidrodinâmicos, onde a modelagem da turbulência é baseada em técnicas de filtragem, semelhantes às empregadas para a simulação de vórtices ( LES - Large Eddy Simulation ) (ROSMAN, 2012). Para a avaliação de transporte de poluentes, utilizam-se modelos de Transporte Eulerianos e Lagrangeanos, aplicáveis para simulações de transporte advectivo-difusivo com reações cinéticas, para escoamentos 2DH, ou em camadas selecionadas de escoamentos 3D. O Sistema computacional SisBaHiA, já efetivamente aplicado inúmeras vezes, demonstra sua relevante importância para as situações que se seguem: Hidroelétrica de JIRAU-Ilha do Padre no Rio Madeira (TO); Estudos para ANGRA 3 no RJ; Estudo do emissário da Dow Química na Baia de Aratuba (BA); Estudos do emissário submarino da Barra da Tijuca (RJ); Estudos do emissário submarino de Ponta Negra em Natal (RN); Estudos para o emissário submarino do Rio Vermelho (BA); Estudos de plumas dos efluentes da COMPERJ na Baía de Guanabara (RJ); Estudos para a disposição de efluentes de emissários na costa oceânica de Salvador (BA); Geração de cenários de circulação hidrodinâmica para a Baía de Guanabara (RJ) para a Petrobrás; As aplicações citadas bem como todas as referências técnicas deste aplicativo podem ser encontradas no site desta ferramenta ( Aplicações-Projetos ).

44 42 Modelos Hidrodinâmicos Gerados no SisBaHiA. Para o estudo em questão optou-se pelo desenvolvimento de dois modelos hidrodinâmicos que caracterizassem o Guaíba em épocas distintas do ano. A maior ênfase recai no período de estiagem, considerado o cenário mais crítico devido à baixa circulação de águas e também para atender às determinações da FEPAM. Em relação às vazões foram adotados os valores de 355 m 3 /s no verão e 1159 m 3 /s no inverno medidas na Região do estreito da Ponta da Cadeia. Estes mesmos valores de vazão foram utilizados em relatórios anteriores, entregues à FEPAM em 2012, para os quais foi usada a ferramenta de modelagem matemática do DMAE, DMAEMAP. Foram pesquisadas séries históricas de vento e níveis em Itapuã para alimentar as condições de contorno dos modelos hidrodinâmicos. Para os níveis em Itapuã foram repassados, pelo Prof. Alejandro Borche Casalas do IPH, arquivos digitais para o período de 11/12/1987 até 14/09/1988. Estes arquivos foram importados para uma base de dados e tratados de forma a que permitissem produzir uma série consistente e representativa para uso no mês de janeiro, figura 21. Figura 21 Elevação de nível em Itapuã período de janeiro.

45 43 Os dados do gráfico acima consistem em medições diárias com intervalos regulares de 3600s, indicando o nível relativo em Itapuã. Para melhor representar os dados de nível, a série foi reduzida ao nível (NA) médio da lista, com a finalidade de minimizar possíveis erros de referência, figura 22. Figura 22 Elevação de nível Itapuã período de julho. Da mesma forma, foram utilizados os dados de vento para os mesmos períodos temporais. Os dados de vento foram corrigidos da superfície terrestre para a superfície do Guaíba, assim como foram interpolados para que a periodicidade da série registrada de 6 em 6 horas passasse para uma frequência de hora em hora. Os mapas de vento já foram mencionados nas figuras 5 e 6. Os dados de batimetria coletados foram interpolados e agregados à malha do modelo SisBaHiA, conforme ilustra a figura 23.

46 44 Figura 23 Batimetria interpolada usada na malha do Guaíba. Com estas entradas foram elaborados os dois cenários de modelagem hidrodinâmicas que serão apresentados aqui.

47 45 RESULTADOS DO HIDRODINÂMICO PARA O SisBaHiA Modelos Hidrodinâmicos (MH) de Período de Estiagem 355m 3 /s O MH entra com as seguintes condições de fronteira: Nível variável em Itapuã: período de janeiro de 1988 (30 dias); Vento variável sobre a superfície do Guaíba: período de janeiro de 1988 (30 dias); Vazões de entrada nos rios formadores que aportam ao Delta: - Jacuí: 300 m 3 /s - Sinos: 18 m 3 /s - Caí: 27 m 3 /s - Gravataí: 11 m 3 /s O MH foi rodado tanto para 2DH como para 3D. No modelo tridimensional foram computados valores em 6 níveis, espaçados a 10% da altura instantânea da coluna de água em cada local. Por exemplo, em um dado instante, um local com coluna de água de 3,0 m, tem pontos de cálculo a cada 0,3 m, do fundo à superfície. Foram criadas, dentro do modelo, várias estações de amostragem, para que as análises tivessem pontos de referência e também comparações pertinentes de resultados ao longo das simulações, figura 24. Figura 24 Tela do SisBaHiA com a listagem das estações de amostragem no MH 355.

48 46 Com a confirmação dos valores de vazão procurou-se elaborar a análise dos módulos de velocidades, obtidos ao longo do corpo hídrico em diferentes momentos do período de 30 dias do modelo hidrodinâmico. Nas figuras 25, 26 e 27 apresentamos as representações gráficas das velocidades em diferentes tempos da simulação. Na figura 28 apresentamos a probabilidade de ocorrência de módulos de velocidades menores que 5 cm/s. Figura 25 Campo de correntes do Hidrodinâmico 2DH no 5 dia de simulação, período de estiagem.

49 Figura 26 Campo de correntes do Hidrodinâmico 2DH no 15 dia de simulação, período de estiagem. 47

50 48 Figura 27 Campo de correntes do Hidrodinâmico 2DH no 30 dia de simulação, período de estiagem.

51 Figura 28 Percentual de velocidades menor que 5,0 cm/s, 30 dias de simulação, mês de janeiro, Modelo Hidrodinâmico 2DH. 49

52 50 A análise dos mapas temáticos e do gráfico permite concluir que para o período de estiagem, caracterizado pelo mês de janeiro, predominam valores de velocidades muito baixos para toda a extensão do Lago Guaíba. As maiores velocidades ficam restritas ao canal de navegação. Complementando a análise das velocidades do lago e objetivando a validação do modelo hidrodinâmico, se fez uma avaliação, em cada estação de amostragem, conforme o critério de níveis estabelecidos (superfície mais 5 níveis abaixo). O gráfico, figura 29, demonstra o comportamento para cada uma das estações de amostragem. Figura 29 Comparativo de velocidades por nível para as estações de amostragem em período de estiagem. Obs.: Note que as velocidades na superfície apresentam valores significativamente maiores por conta da ação do vento. Modelos Hidrodinâmicos (MH) de Período Anual 1159m 3 /s (30 dias). O MH entra com as seguintes condições de fronteira: Nível variável em Itapuã: período de julho de 1988 (30 dias); Vento variável sobre a superfície do Guaíba: período de julho de 1988

53 51 Vazões de entrada nos rios formadores que aportam ao Delta: - Jacuí: 989,3m 3 /s; - Sinos: 60,4m 3 /s; - Caí: 81,3m 3 /s; - Gravataí: 28m 3 /s. O MH foi rodado tanto para 2DH como para 3D. No modelo tridimensional foram computados valores em 11 níveis, com intervalos de 10% da altura da coluna de água instantânea. Por exemplo, em um dado instante, um local com coluna de água de 3,0m, tem pontos de cálculo a cada 0,3m, do fundo à superfície. As mesmas estações de amostragem criadas para o modelo hidrodinâmico de estiagem, figura 24, também foram usadas como pontos de referência para análises e comparações de resultados ao longo das simulações: A calibração dos dois tipos de modelo hidrodinâmico, foi realizada com sucesso. Da mesma forma que no item anterior, se fez a análise dos dados de vazão ao longo de uma seção localizada no estreitamento da Ponta da Cadeia, com o objetivo de comprovar o perfil de escoamento gerado. Com a confirmação dos valores de vazão, procurou-se fazer a análise dos módulos de velocidades que foram obtidos ao longo do corpo hídrico. Nas figuras 30, 31 e 32 são apresentadas as representações gráficas das velocidades em diferentes tempos da simulação do período de 30 dias do modelo hidrodinâmico. Na figura 33 encontra-se a probabilidade de ocorrência de módulos de velocidades inferiores a 5 cm/s.

54 52 Figura 30 Campo de correntes do Hidrodinâmico 2DH no 5 dia de simulação, período média geral.

55 Figura 31 Campo de correntes do Hidrodinâmico 2DH no 15 dia de simulação, período média geral. 53

56 54 Figura 32 Campo de correntes na superfície, do Hidrodinâmico 3DH no 30 dia de simulação, período média geral.

57 Figura 33 Percentual de velocidades menor que 5,0 cm/s vazão de 1159 m 3 /s na Ponta da Cadeia. 55

58 56 A análise dos mapas temáticos e do gráfico permite concluir que para um período anual, representado pelo mês de julho, com vazão média de 1159 m 3 /s no estreitamento da Ponta da Cadeia, ocorre condições bem definidas de escoamento. Criam-se no lago algumas regiões com altas velocidades e outras zonas de baixas velocidades. A figura 33 ilustra claramente o exposto, onde se observa um baixo índice de ocorrência de velocidades inferiores a 5,0 cm/s nos canais do Delta, Canal de Navegação e adjacências. Estes locais apresentam características semelhantes ao do rio Jacuí. Entretanto, nas enseadas e margens do lago, verifica-se maior incidência de baixas velocidades, características de ambientes lóticos. Objetivando a validação do modelo hidrodinâmico, se fez uma avaliação do perfil estratificado dos módulos de velocidades, figura 34, para as diferentes estações de amostragem plotadas no modelo hidrodinâmico, No gráfico observou-se, para cada uma das estações de amostragem, o comportamento das velocidades por camadas ao longo da coluna d água. Figura 34 Período anual: Comparativo de velocidades por nível para as estações de amostragem. Obs.: Note que as velocidades na superfície apresentam valores significativamente maiores por conta da ação do vento.

59 57 CENÁRIOS DE SIMULAÇÃO DESENVOLVIDOS PARA O SisBaHiA Os cenários de calibração foram desenvolvidos conforme o modelo hidrodinâmico calibrado. Assim foram criados: Cenário Atual de Média geral Representativo da condição atual de qualidade das águas do Lago Guaíba para a situação de vazão de 1159 m 3 /s junto ao estreitamento da Ponta da Cadeia. Cenário Atual de Estiagem Representativo da condição atual de qualidade das águas do Lago Guaíba para a situação de vazão de 355 m 3 /s junto ao estreitamento da Ponta da Cadeia. Esses cenários foram utilizados para a validação do modelo em relação aos dados de qualidade água reais resultantes dos monitoramentos ambientais feitos pelos laboratórios da área de Pesquisa do DMAE. Para a elaboração dos cenários de simulação, utilizaram-se as definições existentes no relatório de impacto entregue a FEPAM em dezembro/2012. Conforme a solicitação da FEPAM, os cenários a serem apresentados devem atender a uma condição de estiagem na bacia hidrográfica do Guaíba, a qual considera menos favorável para a dispersão e diluição dos poluentes. O objetivo principal é de estimar, por intermédio do modelo matemático, a extensão do impacto que o efluente do Sistema Serraria irá causar numa condição desfavorável de operação. Considerando o processo de operação da ETE Serraria apresentaremos no presente relatório a situação de operação final, qual seja: Em operação os módulos I, II, III IV da ETE Serraria, com vazão 2500 l/s, e transcorridos 270 dias, aproximadamente, considerando as eficiências previstas pela Li Nº 135. Com o estabelecimento do critério, anteriormente descrito, foram gerados cenários de fonte única prevendo, inicialmente, o posicionamento do final do emissário para 1600 metros, e, após, para 2600 metros. A simulação de fonte única de cada uma das situações teve o intuito de avaliar a extensão da pluma de impacto.

60 58 Para a correta definição dos cenários, se solicitou ao PISA as informações atualizadas de localização do ponto final do emissário, dado de extrema importância para a condução da simulação de impacto do efluente do Sistema Serraria. Seguem os dados: COORDENADAS GAUSS-KRIEGER Projeto Magna L = m E = ,682 N = ,580 Projeto MKMBr L = m E = N = COORDENADAS UTM Transformadas Projeto Magna L = m E = ,9 Executado Consórcio CMR4/Archel L = 1.600m E = N = ,3 Obs: Oficialização do PISA de coordenadas CFE. De projetos e execução. N = Modelo de Qualidade Lagrangeano O modelo SisBaHiA possibilita a gravação de animações durante o período de simulação escolhido, as quais serão anexadas em meio eletrônico juntamente com o relatório impresso. Para fins de ilustração, estarão anexadas neste relatório as imagens da situação de maior impacto previsto durante o tempo de 30 dias de simulação. Cenário de Calibração Microbiológico Para que permaneça o mesmo critério adotado em relatórios anteriormente entregues à FEPAM optou-se, também, em apresentar a simulação que atenda a característica biológica de Coliformes Termotolerantes, apesar de o Programa SisBaHiA possibilitar simulações para E.Coli.

61 59 A validação do Modelo de Qualidade foi executada a partir de uma amostragem representativa de valores analíticos extraídos da base de dados de qualidade do DMAE. Considerou-se a estatística de média geral anual, valor de quartil 80%, dos dados brutos de monitoramento. A escolha deste parâmetro estatístico é decorrente do elevado desvio padrão constatado na determinação de contagem de organismos. Quanto maior o número de informações, mais sólida e criteriosa será a interpretação dos resultados. A validação do modelo baseou-se na estatística de média geral, uma vez que dada a frequência trimestral adotada nos programas de monitoramento do lago Guaíba, feitos pelos laboratórios do DMAE, a análise de estatística de verão conta com reduzido número de dados, que inviabilizam a obtenção do parâmetro estatístico de quartil 80%. Assim, para o cenário de calibração foram feitas a seguintes considerações: Mantida a condição de nebulosidade de 40%. Adotado o valor de T90 de 48 horas. Concentração e vazão das fontes idênticas ao efetuado no relatório de Cenário atual de qualidade para a vazão de 1159 m 3 /s na Ponta da Cadeia Para a representação de condição predominante de qualidade do Lago Guaíba, caracterizada pela vazão média anual de 1159 m 3 /s no estreitamento da Ponta da Cadeia, o programa efetuou a simulação de 30 dias do mês de julho. Deste intervalo de tempo, selecionou-se a imagem gerada para o 30 dia do mês como a de pior condição de qualidade do período, figura 35.

62 60 Figura 35 Cenário atual de qualidade-vazão 1159m 3 /s, modelo hidrodinâmico 2DH, 30 dias.

63 61 Houve uma significativa aproximação entre o resultado obtido no cenário de simulação atual, e o da avaliação dos dados de campo, informações essas visualizadas no mapa temático gerado a partir de dados estatísticos de Quartil 80% do período de 2000 a 2013, figura 19, juntamente com o estudo publicado pelo DMAE (BENDATI V-076), citado no item deste relatório que trata da caracterização segundo o CONAMA, neste relatório. Condição de qualidade em classe 4 da Resolução CONAMA 357/2005 foi detectada nas regiões: Ao longo do Canal dos Navegantes, por conta das contribuições de montante com o rio Gravataí; Ao longo de parte do Canal de Navegação em direção à Ponta Grossa devido aos esgotos in natura, da cidade de Porto Alegre, lançados através de emissário sub-fluvial, junto à Ponta da Cadeia bem como as contribuições da CB16 do DEP, do arroio Dilúvio, do arroio Cavalhada, do arroio Divisa lançadas ao longo da margem esquerda. Todas estas contribuições com esgoto bruto, que somadas, reduzem as condições de autodepuração das águas neste percurso. Próximo à margem esquerda do lago em decorrência da contribuição dos arroios que aportam a estes locais, tais como o arroio Capivara, o arroio do Salso, o arroio Arado Velho e o arroio Manecão. A condição de qualidade em classe 3 do CONAMA ocorreu: No canal de Navegação, a jusante da pluma de classe 4; Na margem esquerda devido à quantidade de fontes poluidoras que chegam às margens; Focos esporádicos na margem direita oriundos da contaminação de arroios. Condição de qualidade em classe 2 e 1 do CONAMA foram encontradas: Na margem direita, predominantemente; No curso final do lago, aproximadamente na altura de Belém Novo até Itapuã, em razão do menor aporte de cargas nesta região. Com intuito de melhor avaliar o grau de comprometimento das águas do lago como um todo, foi procedida a análise de percentuais de ocorrência de valores

64 62 de contagem de organismos acima de 1000 NMP/100 ml, usada como limite para águas de Classe 2 do CONAMA. A figura 36 mostra tal distribuição. Figura 36 Ocorrência de valores maiores que 1000 NMP/100 ml, modelo hidrodinâmico 2DH, 30 dias, mês de julho.

65 63 Esta distribuição confirma a reprodutibilidade dos resultados frente aos estudos de qualidade já demonstrados e aqui mencionados. Dificilmente será possível a obtenção de resultados semelhantes entre simuladores de qualidade com conceitos matemáticos tão diferentes. Tal peculiaridade, entretanto, pode ser observada pelos técnicos envolvidos neste estudo, em virtude da semelhança deste mapa temático, gerado por uma ferramenta de modelagem do tipo transiente com modelo hidrodinâmico acoplado, com mapas temáticos produzidos por outros simuladores de qualidade do tipo estacionário e/ou analítico. Em face dos resultados obtidos, relativos à análise em questão, considerou-se como calibrado o modelo SisBaHiA para a condição atual de qualidade ambiental em relação à característica de coliformes termotolerantes. Cenário atual de qualidade para vazão de estiagem de 355 m 3 /s na Ponta da Cadeia Este cenário trata de uma simulação de verão, de condição extrema de estiagem do lago Guaíba. Os aportes considerados aqui são os mesmos utilizados no relatório de 2012, entregue à FEPAM. Em razão das características do programa, apenas se alterou a forma do dado de entrada, tendo em vista os conceitos transientes e a forma de estruturação da base de dados. No mais, foram mantidas todas as caracterizações das fontes e critérios e simplificações adotadas para o cenário de média geral, ajustados para os dados de verão de ventos e níveis. O cenário a seguir, figura 37, reflete a vazão de 355 m 3 /s no estreitamento da Ponta da Cadeia, e mostra a forma de dispersão e decaimento da pluma de poluentes por condição das baixas velocidades que ocorrem no meio, isto é, predominam valores inferiores a 5,0 cm/s.

66 64 Figura 37 Cenário atual de estiagem, Q= 355 m 3 /s.

67 65 O fato de a velocidade ser bastante reduzida em toda a extensão do lago, inclusive no Canal de Navegação, provoca consequentemente, uma redução da extensão do impacto, situação que era esperada pela área técnica do Departamento, em razão de que situação similar havia sido constatada em outro simulador de qualidade. É visível a extensão do impacto, em condição de classe 4 da Resolução CONAMA 357/2005, gerada pelas contribuições de montante, tais como o rio Gravataí e Emissário da Ponta da Cadeia, arroio Cavalhada e arroio Divisa, sendo que a pluma é conduzida pelo fluxo das águas do Canal de Navegação. Apesar de se mostrar mais compacta, ainda assim compromete uma região extensa do manancial. Na região de interesse deste estudo, enseada da Ponta Grossa, é possível constatar o comprometimento em condição de classe 4 da Resolução CONAMA 357/2005 das águas do lago próximas ao lançamento do arroio do Salso. Neste sentido, considerando que o projeto Socioambiental prevê a retirada total ou parcial de várias cargas in natura lançadas a montante, para que sejam tratadas e conduzidas de volta ao manancial, pode-se esperar uma significativa redução deste impacto. À semelhança do que foi efetuado no Cenário atual de média geral, vazão 1159 m 3 /s, neste também se avaliou os percentuais ocorrência de que a contagem de organismos venha a ser superior a 1000 NMP/100 ml. O gráfico de percentual de ocorrência, figura 38, permite identificar o elevado grau de comprometimento que apresentam as águas do Guaíba, ao longo da margem esquerda. Da foz do rio Gravataí até a enseada de Ipanema pode-se dizer que 100% dos dados ultrapassam o limite da classe 2 do CONAMA.

68 66 Figura 38 Ocorrência de valores maiores que 1000 NMP/100 ml em condição de estiagem.

69 67 CENÁRIOS DE SIMULAÇÃO DO EMISSÁRIO Para todos os cenários de simulação utilizou-se o mesmo critério já apresentado em relatórios técnicos anteriormente entregues à FEPAM. No que tange à composição dos mesmos e alteração das concentrações e vazões das atuais fontes poluidoras de montante do Sistema Serraria, também foram aplicados os mesmos critérios. O cenário de avaliação da condição de qualidade das águas do lago na região de seu curso superior, acima da Ponta Grossa, está associado às previsões do projeto socioambiental. Este considera a retirada de uma série de contribuições de esgoto que aportam ao manancial, em diferentes pontos ao longo da margem esquerda do Guaíba, desde a Ponta da Cadeia até a Ponta Grossa. O resultado desta simulação, figura 39, mostra que ocorre um grande ganho de qualidade das águas neste percurso seriamente comprometido nos dias de hoje. Figura 39 Redução de impacto a montante da Ponta Grossa em 30 dias.

70 68 Alguns focos localizados, confinados junto às margens, ainda perduram, e, tem origem em regiões da área urbana que ainda não contam com sistema separador absoluto de esgoto, até o momento de início de operação do Sistema Serraria. Tais contribuições são objeto de outros projetos em estudo no DMAE. A imagem da figura 39, se comparada ao cenário de calibração de estiagem, figura 37, identifica que os maiores responsáveis pelo impacto hoje existente, desde a região central de Porto Alegre até Cidade Baixa, Menino Deus, são as contribuições do Emissário de Esgoto Bruto da Ponta da Cadeia e arroios Dilúvio, Divisa e Cavalhada. Assim, a intervenção prevista pelo DMAE nestes locais, com a retirada total ou parcial dos esgotos, traz grandes benefícios ambientais bem como sociais decorrentes da melhoria da qualidade das águas deste percurso. Análise comparativa entre Emissário de 1600 e 2600 metros. Simulação de lançamento de esgoto com vazão de 2500 l/s e eficiência plena da ETE Serraria para um período de estiagem. Esta simulação considera que após 90 dias de operação a unidade de tratamento já contará com a operação dos quatro módulos em eficiência plena, atendendo os padrões de emissão estabelecidos na LI nº 135. Emissário de 1600 metros efluente final, 2500 l/s A figura 40 mostra, para esta condição de cenário, o impacto causado pelo emissário de 1600 metros.

71 69 Figura 40 Impacto do emissário de 1600m, 2500 l/s, efluente final para 30 dias. A área de impacto do efluente é menor para concentrações de organismos acima da classe 2 da Resolução CONAMA 357/2005. Também se percebe que a pluma do emissário sofre interferência da carga residual do arroio do Salso, que também compromete a região em condição de classe 4, conforme dados do monitoramento ambiental. Durante esta simulação, referente a 30 dias de despejo contínuo no lago, não houve retorno da pluma em direção à margem, como pode ser visualizado na animação gravada em mídia e que acompanha o presente relatório. O comprometimento existente junto às margens decorre da descarga do Arroio do Salso, o qual, mesmo com a retirada parcial de contribuições de esgoto, ainda chega ao lago com carga orgânica elevada, causando o comprometimento na região junto à foz deste arroio. Da mesma forma que nas simulações anteriores, foi elaborado um cenário de Fonte única, a seguir, visando uma melhor análise de impacto da pluma deste emissário.

72 70 Emissário de 1600 metros efluente 2500 l/s, efluente final - Fonte única A figura 41 mostra uma simulação de Fonte única de um efluente com 2500 l/s e atendendo a LI nº 135. Figura 41 Destaque do efeito isolado da pluma do emissário de 1600m, 2500 l/s, efluente final, 30 dias. Pode-se observar que a pluma apresenta uma região restrita de impacto, em concentrações na ordem de 10 3 NMP/100 ml, que logo sofre o decaimento e dispersão, deixando as concentrações de organismos nas águas do lago dentro dos limites de classe 2 da Resolução CONAMA 357/2005. Não se registrou durante os 30 dias de simulação, o retorno da pluma a ponto de atingir a margem. De igual forma, o impacto existente junto à margem é ocasionado pela contribuição do arroio do Salso. Para complementar a análise de

73 71 impacto, se elaborou um mapa de percentuais de ocorrência de concentrações de organismos maiores que 1000 NMP/100 ml, conforme figura 42. Figura 42 Destaque do efeito isolado da pluma do emissário 1600m, 2500 l/s, efluente final: percentuais de ocorrência acima de 1000 MNP/100 ml. No mapa temático acima, a isolinha demarca o limite onde há percentuais de que venham ocorrer valores acima de 1000 NMP/100 ml. Ou seja, o lançamento do emissário não apresenta risco a balneabilidade das praias. Como já mencionado anteriormente, as contribuições do arroio do Salso é que podem afetar a qualidade das águas da orla. Emissário de 2600 metros efluente final 2500 l/s A figura 43 mostra, para esta condição de cenário, o impacto causado pelo emissário de 2600 metros.

74 72 Figura 43 Impacto do emissário de 1600m, 2500 l/s, efluente final, 30 dias. Também se percebe que a pluma do emissário se mistura com a da carga residual do arroio do Salso. Entretanto, é possível distinguir o impacto do emissário em direção ao Canal de Navegação, enquanto o arroio do Salso é responsável pelo comprometimento da região próxima margem. Salienta-se ainda, que o arroio do Salso, apesar de ter sido retirado parcialmente as contribuições de esgoto, ainda afeta, junto a sua foz, as águas em condição de classe 4 da Resolução CONAMA 357/2005. As contribuições residuais deste arroio, não fazem parte do atual projeto de rede do Sistema Serraria, mas já estão previstas no Plano Diretor de Esgotos de Porto Alegre para obras futuras. Durante esta simulação, referente a 30 dias de despejo contínuo no lago, não houve retorno da pluma em direção à margem, fato confirmado nas animações feitas com a ferramenta de modelagem, material constante no estudo completo feito pelo DMAE. Para se avaliar o real impacto do emissário foi criada uma simulação de Fonte única, descrita a seguir.

75 73 Emissário de 2600 metros efluente final 2500 l/s - Fonte única A figura 44 mostra o impacto, de forma individualizada, causado pelo emissário de 1600 metros e 2600 metros. Figura 44 Destaque do efeito isolado da pluma do emissário 2600m, 2500 l/s, efluente final, 30 dias. Percebe-se que o impacto ocorre em concentrações acima da classe 2 do CONAMA. Nota-se que a tendência é a de direcionar para o canal de navegação, provocando uma pluma maior que aquela obtida no cenário de mesma condição para o emissário de 1600 metros. Em termos de gradiente da pluma, pode-se dizer que ambas as situações, 1600m e 2600m, se equivalem, apenas que a simulação de 2600 metros tem maior abrangência. Para complementar a análise desse estudo, efetuou-se a avaliação de percentuais de ocorrência de concentrações de coliformes termotolerantes acima do limite da classe 2 do CONAMA. A figura 45 ilustra os resultados.

76 74 Figura 45 Destaque do efeito isolado da pluma do emissário 2600m, 2500 l/s, efluente final: percentuais de ocorrência acima de 1000 MNP/100 ml. Pode-se dizer que é muito remota a possibilidade da pluma do emissário atingir a margem em concentrações acima de 1000 NMP/100, à semelhança do que se constatou para o emissário de 1600 metros. Modelo de Transporte Advectivo-Difusivo para Nutrientes Para a avaliação individualizada das diferentes formas químicas de nitrogênio e fósforo presentes na água, o modelo SisBaHiA requer uma série de informações complementares de qualidade da água, nem todas disponíveis na base de dados do DMAE, que permitam atender plenamente aos requisitos do programa. Sendo assim, optou-se pelo uso do Modelo Lagrangeano de Transporte Advectivo e Difusivo, que poderia avaliar o aspecto de diluição de um componente em função da hidrodinâmica do lago. (ROSMAN, 2012) Simulações para Análise de Nutrientes Tendo em vista a opção pelo uso do Modelo de Transporte Lagrangeano, tornou-se necessário estabelecer alguns critérios para a montagem dos cenários de transporte de nutrientes. Dessa forma considerou-se:

77 75 Transporte conservativo do poluente, ou seja, sem decaimento; Avaliar o fator de diluição em cada uma das situações de simulação de fonte única; Avaliar a probabilidade de passagem da pluma, para um dado tempo de simulação, com concentração C C 0 /1000, onde C é a concentração da pluma em um dado local e C 0 é a concentração do efluente no emissário. A simulação trabalhou com o dado de Nitrogênio Total, primeiramente pela abundância de resultados na base de dados de qualidade do DMAE, e, em segundo pelo caráter de segurança para a modelagem matemática, e em terceiro por ser representativo da parcela de nitrogênio amoniacal uma vez que esta é abundante em esgotos domésticos. Segue, assim, a análise dos resultados para a condição de diluição do poluente depois de lançado ao manancial, e a probabilidade de passagem da pluma, conforme o critério acima definido. Emissário 2500 l/s efluente final conforme LI 135. As figuras 46 e 47 mostram o perfil de diluição da carga inicial de nutrientes para o emissário de 1600 metros e 2600 metros, respectivamente. Figura 46 Diluição da pluma para análise de nutrientes do emissário de 1600m, 2500 l/s.

78 76 Figura 47 Diluição da pluma para análise de nutrientes do emissário de 2600m, 2500 l/s. Pode-se dizer que, para ambas as situações de emissário, imediatamente após seu despejo, já se verifica uma diluição na ordem de um fator de 0,1, isto é, 1/10 da sua concentração inicial. Para facilitar a análise, em uma dada situação hipotética de operação com efluente final, a tabela 4 mostra as concentrações estimadas para as zonas de dispersão da pluma. Tabela 4 Situação de lançamento de 2500 l/s, efluente final Valida para ambos os emissários (1600 ou 2600). Escala do mapa Fator de diluição Nitrogênio Total (mg N/l) Fósforo Total (mg P/l) 1 5,229* 1,596* 0,2 1,046 0,319 0,1 0,523 0,160 0,02 0,105 0,032 0,01 0,052 0,016 0,002 0,010 0,003 0,001 0,005 0,002 0,0002 0,001 0,0003 0,0001 0,001 0,0002 Obs.: LI nº 135 estabelece o limite de 20 mg N/l de Nitrogênio amoniacal e 1 mg P/l de Fósforo total ou 75 % de remoção deste. **: Valor estimado nos cálculos de balanço de massa.

79 77 O efluente já é lançado dentro dos limites da licença ambiental, onde a diluição é imediata e a pluma apresenta concentrações até inferiores ao valor de ocorrência nas águas do Guaíba. Para esta condição de tratamento, a simulação mostrou que o manancial não apresentará concentrações acima do naturalmente esperado para estas águas. Com relação ao parâmetro fósforo, se considerado o critério de 75% de eficiência de remoção, a pluma, imediatamente após o lançamento do efluente, apresenta concentrações inferiores ao previsto, inclusive para o limite de 1 mg P/l nesta região da pluma. A análise de probabilidade de passagem da pluma, figuras 48 e 49, demostra que para a região demarcada pela isolinha constatou-se 1% de chance de que tenha ocorrido concentrações superiores a 0,005 mg N/l para nitrogênio total e 0,002 mg P/l para fósforo total. Figura 48 Pluma de % de passagem de diluição para o emissário 1600m, 2500 l/s.

80 78 Figura 49 Pluma de % de passagem de diluição para o emissário 2600m, 2500 l/s. MODELO MATEMÁTICO IPH-A CONSIDERAÇÕES TÉCNICAS SOBRE O IPH-A O aplicativo IPH-A, desenvolvido pelo Instituto de Pesquisas Hidráulicas da Universidade Federal do Rio Grande do Sul (IPH/UFRGS), pode ser usado no estudo de corpos de água em que as dimensões horizontais sejam fortemente predominantes sobre as dimensões verticais e no qual as componentes horizontais da velocidade possam ser descritas por valores médios na vertical. Para o caso de transporte e difusão de contaminantes faz uso em cada iteração da equação de advecção-difusão, obtendo-se a variação da concentração em cada elemento. Esta variação é calculada a partir do campo de velocidades, das variações de concentração nas fronteiras abertas e dos valores de concentração nos pontos em que o material poluente é despejado. Para a resolução numérica das equações que definem o escoamento, o

81 79 método utilizado pelo sistema IPH-A é baseado na técnica de diferenças finitas, semi-implícita de direções alternadas. As equações da continuidade e dinâmica, previamente integradas na vertical, consideram a perda de carga junto ao fundo, a ação do vento na superfície, a força de Coriólis e a difusão turbulenta. O mesmo método de direções alternadas, porém explicito com interpolação exponencial, é utilizado para solução numérica da equação de advecção-difusão. As aplicações deste programa iniciaram-se com a modelagem do Lago Guaíba. Posteriormente foi aperfeiçoado quando da sua aplicação na Lagoa dos Patos, Rio da Prata, Rio Uruguai, Lagoa Setúbal (Santa Fé, Argentina) e Praia de Ipanema do Lago Guaíba. Devido o formato de entrada e saída dos dados do programa, os técnicos precisaram criar programas auxiliares de transformação dos arquivos de saída (ASCII) para outros formatos, compatíveis com outros aplicativos existentes no mercado, Com isso foi possível fazer uma análise e interpretação mais apurada dos cenários hidrodinâmicos e de qualidade. CONSIDERAÇÕES E SIMPLIFICAÇÕES NA APLICAÇÃO DO MODELO IPH-A O modelo matemático do IPH-A, assim como outros modelos transientes, faz uso de uma malha para a determinação do perfil hidrodinâmico. Com relação a esta ferramenta, utilizamos a malha já existente elaborada constante nos arquivos do programa disponibilizado pelo IPH, já que a ferramenta foi inicialmente concebida para o Guaíba. Por motivos de tempo de processamento, se optou pelo uso da malha de 200 metros, isto é cada segmento representa um quadrado de 200 x 200 metros. Dentre os rios formadores, o modelo IPH-A considera apenas o Jacuí como única fonte de entrada de água no sistema, visto representar 80% do volume de água que ingressa. Assim opera com vazão constante. Os dados de níveis e ventos aplicados foram o do período de estiagem representado pelo mês de janeiro e o do período de média geral representado pelo mês de julho. O modelo IPH-A pode ser aplicado para avaliação em separado ou de forma composta para a análise de hidrodinâmica e de qualidade. Assim, para maior praticidade, optamos por rodar o modelo IPH-A em

82 80 modo simultâneo, de hidrodinâmica e qualidade, já que se prevê tal possibilidade. Quanto à qualidade, o modelo está apto para avaliação de coliformes termotolerantes, entretanto não existem rotinas específicas para a avaliação de nutrientes. CENÁRIOS DE SIMULAÇÃO DESENVOLVIDOS Para a elaboração dos cenários de simulação utilizaram-se as definições existentes no relatório de impacto entregue a FEPAM em dezembro/2012. Conforme a solicitação da FEPAM, os cenários a serem apresentados devem atender a uma condição de estiagem na bacia hidrográfica do Guaíba, a qual considera menos favorável para a dispersão e diluição dos poluentes. O objetivo principal é de estimar, por intermédio do modelo matemático, a extensão do impacto que o efluente do Sistema Serraria irá causar numa condição desfavorável de operação. Dentro de todo este processo apresentaremos no presente relatório a situação de operação final, qual seja: Em operação os módulos I, II, III IV da ETE Serraria, com vazão 2500 l/s, e transcorridos 270 dias, aproximadamente, considerando as eficiências previstas pela Li Nº 135. Com o estabelecimento dos critérios, anteriormente descritos, foram gerados cenários de fonte única prevendo, inicialmente, o posicionamento do final do emissário para 1600 metros, e, após, para 2600 metros. A simulação de fonte única de cada uma das situações teve o intuito de avaliar a extensão da pluma de impacto. MODELO HIDRODINÂMICO Foram feitas simulações de hidrodinâmico para as duas condições previstas neste estudo, a de estiagem, com vazão de 355 m 3 /s, junto ao estreitamento da Ponta da Cadeia, e a de média geral, com vazão de 1159 m 3 /s neste mesmo local. A maior ênfase recai no período de estiagem, considerado o cenário mais crítico, devido à baixa circulação de águas e também para atender às determinações da FEPAM.

83 81 Em relação às vazões foram adotados os valores de 355 m 3 /s no verão e 1159 m 3 /s no inverno, medidas na Região do estreito da Ponta da Cadeia. Estes mesmos valores de vazão foram utilizadas em relatórios anteriores, entregues à FEPAM em 2012, para os quais foi usada a ferramenta de modelagem matemática DMAEMAP. Os dados de nível e vento usados para o IPH-A foram os mesmos usados para o modelo SisBaHiA, já relatados anteriormente para os mesmos períodos temporais. Resultados do Modelo IPH-A para o hidrodinâmico e qualidade na condição de estiagem Considerações do Hidrodinâmico O modelo IPH-A conta, como ferramenta de análise dos resultados algumas opções de gráficos e imagens que podem ser visualizados em tela e que podem ser capturados em determinados instantes durante o período de processamento estabelecido. Como já mencionado foi feito o uso de arquivos convertidos da forma original (ASCII) para bases de dados em Access e Excel, de forma a se produzir gráficos e análises estatísticas mais aprimoradas. Foi demarcado, em tela, os pontos de interesse para a avaliação, conforme as coordenadas próprias do programa com equivalência às coordenadas geográficas descritos na tabela 5. Tabela 5 Estações de amostragem plotadas no modelo IPH-A Código Estação Latitude Longitude 1 Baia Baia Baia Emissário Emissário Estação Canal Estação Canal Estação Canal ITAPUÃ Jacuí Gravataí Ponta da Cadeia Praia (Salso)

84 82 Optamos em rodar o modelo hidrodinâmico para 30 dias conforme os dados disponíveis de vento e nível. Para poder avaliar os resultados usou-se o recurso de demarcar pontos na tela passíveis de conferir os resultados produzidos pela ferramenta. Estes pontos demarcados serão usados em todas as avaliações que se seguirem no sentido de melhor visualizar os resultados do programa. O modelo hidrodinâmico foi aplicado para a condição de estiagem e de média geral de vazão. O IPH-A considera, como única entrada de água no sistema, a vazão do Jacuí, estabelecida em 355m³/s para estiagem e 1159 m 3 /s para média geral. Dessa maneira a vazão deve ser a mesma junto ao estreitamento da Ponta da Cadeia. Não considera o aporte dos demais rios formadores por representar aproximadamente 20 % do volume de água que entra no lago Guaíba. Também aqui se fez uso de dados de vento e nível variáveis conforme definido no item de dados meteorológicos e hidrológicos. Da mesma forma, foi selecionado um período de 30 dias de simulação. Dentro deste, três momentos distintos foram capturados para ilustrar a dinâmica do processo, quais sejam de 5, 15 e 30 dias de simulação. Modelo Hidrodinâmico de Estiagem com vazão de 355 m 3 /s Perfil de velocidades e variação de níveis. A figura 50 mostra o resultado de um perfil de distribuição dos módulos de velocidades, após cinco dias de simulação, sendo que os maiores valores ocorrem nas regiões do Delta do Jacuí, Canal de Navegação e Itapuã. Em todas as figuras, optamos que o próprio IPH-A designasse a escala de modo automático. O resultado é uma rampa de cores como aparece na legenda de cada figura respectivamente.

85 83 Figura 50 Módulo de velocidades no Guaíba em 5 dias de escoamento em estiagem. Conforme escala de cor do mapa, junto às margens e nas enseadas predomina o tom azul, que representa baixos valores de velocidades. Os valores em módulos mais altos (máximo de 0,447 m/s na escala do mapa) ocorrem principalmente nas zonas de estreitamento do lago como Ponta da Cadeia e Itapuã. Para este período de simulação, o vento predominante soprou no sentido oeste numa velocidade média de 7,0 Km/h. Segundo a legenda do mapa, o nível na foz do rio Jacuí é de 0,66 m e em Itapuã de 0,54 m, o que significa que as águas escoam em direção a Lagoa dos Patos, sem a ocorrência de vórtices na região de interesse. Tal fato se confirma com o mapa de vetores de velocidades para este mesmo tempo de simulação, figura 51. Figura 51 Vetores de velocidades para 5 dias de simulação de estiagem.

86 84 Observa-se que para este espaço de tempo de simulação não houve retorno ou represamento das águas. Todos os vetores apontam em sentido a Itapuã. A figura 52 mostra o perfil do módulo de velocidades em 15 dias de simulação. Para este momento da simulação, a variação de nível entre Itapuã e Jacuí, ainda é favorável ao escoamento no sentido da Lagoa dos Patos, mesmo com uma condição de vento desfavorável, (Sudeste, 16,0 km/h). Figura 52 Módulo de velocidades no Guaíba em 15 dias de escoamento em estiagem. Figura 53 Vetores de velocidades para 15 dias de simulação de estiagem.

87 85 Cabe aqui a análise do sentido predominante dos vetores de velocidade, principalmente na região de interesse deste estudo, figura 53 acima. Assim como para os cinco dias, a simulação de quinze dias não apresentou vetores com sentido ascendente em direção a Ponta da Cadeia e nem em direção às margens. Tão pouco se constatou situações de vórtices, apesar da condição de vento favorável que tende ao represamento das águas na camada de superfície. Tal fato não ocorreu uma vez que os níveis em Itapuã foram menores que no Jacuí. A figura 54 mostra o perfil do módulo de velocidades para trinta dias de simulação. Figura 54 Módulo de velocidades no Guaíba em 30 dias de escoamento em estiagem. Para melhor avaliar tal situação, cabe a análise do sentido predominante dos vetores de velocidade, principalmente na região de interesse deste estudo, figura 55.

88 86 Figura 55 Vetores de velocidades para 30 dias de simulação de estiagem. Pode-se observar, como nas situações anteriores, que não houve ocorrência de vetores em sentido contrário ao fluxo, apesar de se ter neste tempo de simulação vento sudeste de fraca intensidade soprando a 5,0 km/h. Transcorrido trinta dias de simulação, se fez a avaliação dos módulos de velocidades nas estações de amostragem plotadas no modelo, conforme a tabela 5. Na tabela 6 mostra resultados estatísticos, conforme consta nos arquivos do sistema, de módulo de velocidades para os diferentes pontos demarcados para uso nesta avaliação. Tabela 6 Valores Estatísticos de velocidade para 30 dias de simulação. Estação Mínimo (m/s) Máximo (m/s) Média (m/s) Jacuí 0,0001 0, , Gravataí 0 0,0313 0, Ponta da Cadeia 0,0001 0, , Canal 3 0 0, , Canal 2 0,0001 0, , Foz do Arroio do Salso 0 0,1068 0, Final do Emissário de 1600m 0 0, ,03749 Final do Emissário de 2600m 0 0, , Baia 1 0 0, , Baia 2 0 0, , Baia 3 0,0001 0, , Canal 1 0, , , Itapuã 0, , , Obs.: A listagem das estações segue o fluxo das águas em direção a Lagoa dos Patos.

89 87 Através do gráfico, figura 56, pode-se observar que nas regiões de enseadas, próximo às margens têm águas de baixas velocidades com até 0,04 m/s. As velocidades mais altas se encontram na foz do rio Jacuí, Estreitamento da Ponta da Cadeia, Canal de Navegação e Itapuã, configurando comportamento semelhante ao do próprio rio Jacuí. O maior módulo de velocidade ocorreu em Itapuã, o que é compreensível visto ser a única passagem das águas para a Lagoa dos Patos. De modo geral, em condição de estiagem, as maiores velocidades ocorrem em torno do Canal de Navegação e em média giram em torno de 0,08 m/s. Figura 56 Valor estatístico de média de Velocidade em estiagem. Observou-se resultados de baixas velocidades em regiões de enseadas, o que pode estar associado ao fato do modelo IPH-A considerar apenas o rio Jacuí como o único aporte de água. Salientam-se os valores obtidos na foz do rio Gravataí, foz do arroio do Salso e enseadas. Já para as maiores velocidade houve uma reprodutibilidade de valores se comparado aos resultados obtidos através de outras ferramentas de modelagem que o DMAE utilizou. O modelo IPH-A mostra Itapuã, a Ponta da Cadeia, e a foz do rio Jacuí como os locais de maior módulo de velocidade.

90 88 No Jacuí a ordem de grandeza ficou em torno de 8 cm/s. Na Ponta da Cadeia apresentou velocidades médias superficiais da mesma ordem, o que era plenamente esperado. Já em Itapuã, apresentou valores de 17,0 cm/s. Nas zonas próximas ao canal de navegação as velocidades médias superficiais variaram em torno de 6,0 cm/s a 8,0 cm/s. Para o IPH-A, os três pontos demarcados nas enseadas apresentam, em média, velocidade na casa de 2,5 cm/s. É necessária a análise de variação de níveis durante todo o evento da simulação, pois dessa forma é possível avaliar os momentos em que se tem o represamento e até inversão de fluxo na superfície d água por conta da ação de ventos e nível da maré em Rio Grande. Para este estudo selecionou-se, dentro dos resultados do modelo IPH-A, os pontos diretamente afetados as oscilações, isto é Itapuã, a Ponta da Cadeia e a Foz do rio Jacuí. Na figura 57 temos a variação dos níveis, nestes três locais selecionados, durante todo o período de trinta dias de simulação. Figura 57 Variação de nível em 30 dias do período de estiagem. Verificou-se que em 79, 8 % do tempo da simulação o nível em Itapuã foi inferior ao da Ponta da Cadeia, o que significa que, preferencialmente, o fluxo das

91 89 águas segue em direção ao mar. Alguns momentos em que o nível da Ponta da Cadeia foi menor que o de Itapuã, esta associado a uma condição de vento Sul/Sudeste que provoca a frenagem das águas na sua superfície. Passado este tipo de episódio, rapidamente o sistema retoma a condição preferencial de escoamento. Modelo Hidrodinâmico de Média Geral com vazão de 1159 m 3 /s Perfil de velocidades e variação de nível A avaliação para a vazão de 1159 m³/s tem a intenção traduzir o comportamento médio da hidrodinâmica do lago. Como não é o foco principal deste estudo, não houve necessidade de detalhar em diferentes tempos do processamento. Assim a figura 58 mostra o resultado de um perfil de distribuição dos módulos de velocidades, após 30 dias de simulação. Observa-se que nesta situação de média geral de vazão, o vento predominante é no sentido norte, com velocidades em torno de 8 Km/h. Com relação aos níveis, os dados de 0,69 m no Jacuí e 0,50 m em Itapuã, demonstram que as águas escoam preferencialmente em direção à Lagoa dos Patos, não havendo assim situação de reversão do fluxo. Figura 58 Módulo de velocidades no Guaíba em 30 dias de escoamento na vazão 1159 m 3 /s.

92 90 Itapuã. As maiores velocidades se concentram nas regiões do Delta do Jacuí e Para melhor avaliar tal situação, figura 59, verificou-se o sentido predominante dos vetores de velocidade, em especial na região da Ponta Grossa, a qual é o foco deste estudo. Figura 59 Vetores de velocidades para 30 dias de simulação na vazão de 1159 m 3 /s. Verificou-se que, para esta região, não ocorreram vetores em sentido contrário ao fluxo predominante ou em direção as margens do lago ou que originam algum tipo de vórtice. Isso determina, na maior parte do tempo, que as águas da enseada seguem em direção ao canal, reduzindo as chances de estagnação junto às margens. Da mesma forma em que se fez para a análise de estiagem, procedemos à avaliação dos módulos de velocidades na superfície, para diferentes estações de amostragem. A tabela 7 e figura 60 mostram os resultados, conforme constam nos arquivos de sistema. Os maiores módulos de velocidades ocorreram na foz do rio Jacuí e Ponta da Cadeia, fato previsível para a situação de vazão de 1159 m 3 /s.

93 91 Tabela 7 Valores Estatísticos de velocidades- 30 dias, Q=1159m 3 /s. Estação Mínimo (m/s) Máximo (m/s) Média (m/s) Gravataí 0 0,0473 0,02136 Jacuí 0,0001 0, ,21595 Ponta da Cadeia 0,0001 0, ,1832 Canal 3 0 0, , Canal 2 0,0001 0, , Foz do arroio do Salso 0 0,0601 0, Final do Emissário 1600 m 0 0, , Final do Emissário 2600 m 0 0, , Baia 1 0 0, , Baia 2 0 0, , Baia 3 0,0001 0, , Canal 1 0, , , Itapuã 0,0001 0, , Figura 60 Valor estatístico de média de velocidade em vazão média. Patos. Esta condição de escoamento favorece o fluxo em direção a Lagoa dos De modo geral, as maiores velocidades ocorrem em torno de 0,1 m/s a 0,25 m/s. Nas demais regiões do lago as velocidades não passam de 0,1 m/s. Nesta situação, a semelhança do que se observou para a condição de estiagem, também se verificou algumas variações nos resultados para regiões de baixas velocidades, confirmados com os valores calculados pelo modelo junto à foz do rio Gravataí e enseadas. No Jacuí a ordem de grandeza ficou em torno de 23,0 cm/s. Na Ponta da Cadeia apresentou velocidades médias superficiais na casa de 18,0 cm/s. Em Itapuã

94 92 apresentou valores de 12,0 cm/s. Nas zonas próximas ao canal de navegação as velocidades médias superficiais são em média de 8,0 cm/s. Em regiões de baixa velocidade apresentou, em média, velocidade na casa de 1,0 cm/s. Ainda assim, elaborou-se uma análise de variação de níveis para todo o período de simulação, para verificar as possíveis ocorrências de inversão de fluxo na superfície d água por conta da ação de ventos e nível da maré em Rio Grande. Esta avaliação ateve-se aos pontos da região da Ponta Grossa, em função da determinação, em definitivo, do comprimento final do emissário. Na figura 61 apresentamos a variação dos níveis nos três locais selecionados. Verificou-se que em 98,8 % do tempo da simulação o nível em Itapuã foi inferior ao da Ponta da Cadeia, o que significa que o fluxo das águas segue em direção a lagoa na maior parte do tempo. As ocorrências em que o nível da Ponta da Cadeia ficou menor que o de Itapuã se deve, possivelmente a alterações dos ventos para condição de Sul/Sudeste, direção que provoca a frenagem das águas sob a superfície. Figura 61 Variação de nível em 30 dias do período média geral.

95 93 Considerações do Modelo de Qualidade Os resultados obtidos, em termos de colimetria, foram decorrência do perfil hidrodinâmico gerado pelo modelo. Assim, as altas velocidades observadas influenciaram nos cálculos de dispersão desta ferramenta. Outro fator a ser considerado foi que, mesmo trabalhando com T90 de 48 horas, os resultados apresentaram maior decaimento que o ocorrido nas demais ferramentas de modelagem já utilizadas pelo DMAE, durante os estudos das obras do Programa Socioambiental. Para o presente relatório optou-se em apresentar resultados dos cenários de qualidade de fonte única, para a situação de operação plena da ETE Serraria, isto é, vazão de 2500 l/s. Análise Microbiológica Cenários de Fonte única do período de estiagem. Serão apresentadas em sequência as simulações de emissário de 1600 m e 2600 m, objetivando a análise e comparação dos resultados. Simulação de fonte única para o Emissário de 1600 metros. A figura 62, a seguir, referente ao emissário de 1600m, a variação da pluma em 5, 15 e 30 dias. Observe-se que a mesma sofre dispersão em direção ao canal e, mesmo com a variação de sentido do vento, não se constatou impacto à montante do lançamento ou em direção à orla. A densidade de coliformes, imediatamente após a saída do esgoto do emissário, fica em torno de 500 NMP/100 ml, o que se considerou uma elevada taxa de diluição para um efluente lançado com coliformes na ordem de 10 4 NMP/100 ml.

96 94 Simulação de 5 dias Simulação de 15 dias Simulação de 30 dias Figura 62 Resultado de qualidade para pluma do Emissário de 1600m, efluente final.

97 95 Para melhor avaliar a dispersão da pluma de esgoto, extraíram-se os dados gerados pelo sistema para pontos pré-definidos na região, figura 63, com os quais se elaborou um gráfico ilustrativo do impacto, figura 64. Nesta análise, foi adotada a escala logarítmica no eixo Y, para o parâmetro de concentração de coliformes, com o intuito de melhor visualizar as variações de concentração de organismos em diferentes pontos do lago, nas proximidades do lançamento. A identificação dos pontos selecionados para a análise da concentração é: Ponto 1 Foz do Arroio do Salso; Ponto 2 Final do emissário de 1600 metros; Ponto3 Final do emissário de 2600 metros; Ponto 4 Baia de Ipanema, área de uso de banhistas; Ponto 5 Local a jusante da Ponta Grossa, próximo à margem Figura 63 Pontos na região de lançamento do efluente do emissário de 1600m.

98 96 Figura 64 Gráfico de concentrações próximo ao lançamento do emissário de 1600m. Obs.: Eixo dos Y em escala logarítmica. Os resultados do gráfico demonstram perfeitamente a alta taxa de diluição que ocorre, visto que as concentrações resultantes no ponto de lançamento do emissário de 1600 m não ultrapassam o limite de classe 2 da Resolução CONAMA 357/2005. Também pouco afeta a região próximo às praias. As concentrações que aparecem em decorrência da pluma junto a Ipanema são menores ou iguais a 1 NMP/100 ml e nos demais locais são inferiores a 100 NMP/100 ml. Tais concentrações, junto às margens, são indicativas da ausência de impacto causado pelo Emissário de 1600 metros. Simulação de fonte única para o Emissário de 2600 metros. A figura 65, a seguir, referente ao emissário de 2600m, a variação da pluma em 5, 15 e 30 dias. Verifica-se a dispersão em direção ao canal e, mesmo com a variação de sentido do vento, não há impacto à montante do lançamento, O teor da concentração, imediatamente após a saída do esgoto do emissário, é inferior a 500 NMP/100 ml, o que se considerou uma elevada taxa de diluição para um efluente lançado com coliformes na ordem de 10 4 NMP/100 ml.

99 97 Figura 65 Resultado de qualidade para pluma do Emissário de 2600m, efluente final. A semelhança do que se fez para o cenário relativo ao emissário de 1600m e para os mesmos pontos de amostragem, elaboramos um gráfico para representar a dispersão da pluma de esgoto.

100 98 Na figura 66, encontra-se o gráfico ilustrativo do impacto. Figura 66 Gráfico de concentrações próximo ao lançamento do emissário de 2600m. Obs.: Eixo dos Y em escala logarítmica. Nesta análise, foi adotada a escala logarítmica no eixo Y, para o parâmetro de concentração de coliformes, com o intuito de melhor visualizar as variações de concentração de organismos em diferentes pontos do lago, nas proximidades do lançamento. Os resultados do gráfico confirmam a alta taxa de diluição que ocorre, fato já constatado na simulação referente ao emissário de 1600 metros. As concentrações resultantes no ponto de lançamento do emissário de 2600 metros também não ultrapassam o limite de classe 2 da Resolução CONAMA 357/2005. Da mesma forma, pouco afeta a região próxima às praias. As concentrações que aparecem em decorrência da pluma, para os diferentes pontos foram inferiores a 100 NMP/100 ml. Para ambas as simulações de posicionamento do ponto final do emissário, o modelo IPH demonstrou que não há prejuízo a balneabilidade junto a margem.

101 99 Análise de Nutrientes Cenários de Fonte única em período de estiagem Para esta análise se fez a avaliação de diluição da pluma para substâncias de caráter conservativo, isto é sem decaimento. Também como sugere a bibliografia (HARLEMANN), a análise de diluição se dá até cindo dias, uma vez que depois disso o efeito é desprezível no meio. Esta metodologia é apropriada para o caso de nutrientes, até porque a ferramenta de modelagem do IPH-A não conta com os conceitos matemáticos relacionados a todas as reações químicas que os compostos nitrogenados e de fósforo promovem no meio aquático. A formulação matemática também não prevê a interação água e sedimento. Da mesma forma em que se fez na análise de Coliformes Termotolerantes, aqui se usou os mesmos pontos de amostragem usados como referência para a avaliação do impacto, figura 63, a saber: Ponto 1 Foz do Arroio do Salso; Ponto 2 Final do emissário de 1600 metros; Ponto3 Final do emissário de 2600 metros; Ponto 4 Baia de Ipanema, área de uso de banhistas; Ponto 5 Local a jusante da Ponta Grossa, próximo à margem. Simulação de diluição de fonte única do Emissário de 1600 metros. A figura 67 mostra o perfil de diluição previsto para o caso do emissário de 1600 m. A diluição no ponto de lançamento é bastante alta, pois se detecta apenas 6% da concentração inicial do despejo imediatamente após o lançamento do efluente.

102 100 Figura 67 Análise de diluição do Emissário de 1600 m Fonte única. Para melhor avaliar o comportamento de diluição, se utilizou os dados resultantes da simulação para gerar um gráfico de fator de concentrações residuais para os diferentes pontos da região de estudo, figura 68. Figura 68 Perfil de concentração residual do emissário 1600m.

103 101 O efluente do emissário, ao ser lançado no manancial, apresenta fator de concentração residual na ordem de 0,04 a 0,06, isto é, permanece de 4% a 6% da concentração original de nutrientes presentes no esgoto. Simulação de diluição de fonte única apara o Emissário de 2600 metros. A figura 69 mostra o perfil de diluição previsto para o caso do emissário de 2600 metros. A diluição no ponto de lançamento é bastante alta, pois se detecta aproximadamente 4% da concentração inicial do despejo imediatamente após o lançamento do efluente. Figura 69 Análise de diluição do Emissário de 2600m Fonte única. Seguindo a mesma linha de análise, para avaliar o comportamento da diluição foram utilizados os dados resultantes da simulação. Com isso foi possível gerar um gráfico de fator de concentrações residuais para os diferentes pontos da região de estudo, figura 70.