MODELAGEM HIDRODINÂMICA COMO FERRAMENTA PARA A GESTÃO DA CAPACIDADE DE SUPORTE EM PROJETOS DE AQÜICULTURA. Julio Cesar Wasserman

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1 Rede UFF de Meio Ambiente e Desenvolvimento Sustentável Laboratório de Geologia e geofísica Marinha MODELAGEM HIDRODINÂMICA COMO FERRAMENTA PARA A GESTÃO DA CAPACIDADE DE SUPORTE EM PROJETOS DE AQÜICULTURA. Julio Cesar Wasserman

2 DEFINIÇÕES A Modelagem hidrodinâmica: O modelo numérico hidrodinâmico permite a representação da movimentação da água em um sistema (que pode ser desde um balde até o oceano) em função de forçantes As forçantes são todas as forças capazes de provocar algum tipo de desequilíbrio no sistema estudado (por exemplo: vento, maré, entradas de água doce, etc. Modelo numérico hidrodinâmico é procedimento matemático que executa uma seqüência de cálculos de troca de água entre infinitezimais de um sistema considerando desequilíbrios em qualquer um destes infinitezimais.

3 TIPOS DE MODELOS A Modelagem hidrodinâmica: A modelagem pode ser: Unidimensional, quando os infinitezimas trocam apenas em uma direção. Equações da mecânica dos fluidos:

4 TIPOS DE MODELOS Equações da mecânica dos fluidos: Equação da continuidade: Equação do Momento: Equação do Transporte:

5 TIPOS DE MODELOS A Modelagem hidrodinâmica: A modelagem pode ser: Bidimensional, quando os infinitezimas trocam em todas as direções no plano. Limites Elementos infinitezimais

6 TIPOS DE MODELOS Modelo numérico hidrodinâmico bidimensional: Equações da mecânica dos fluidos:

7 Modelo numérico hidrodinâmico tridimensional TIPOS DE MODELOS km Representação horizontal da temperatura da água (média na profundidade) Representação vertical da temperatura da água (secção média) Profundidade (mx10²) Distância do lançamento (m)

8 PARÂMETROS Parâmetros para a Modelagem hidrodinâmica: Batimetria Viscosidade da água, Rugosidade do fundo

9 PARÂMETROS Parâmetros para a Modelagem hidrodinâmica: Maré Maré observada na Ilha Fiscal, RJ

10 PARÂMETROS Parâmetros para a Modelagem hidrodinâmica: Vento: Médio Observado Tempo Velocidade Direção (horas) (m s-1) ( N)

11 PARÂMETROS Parâmetros para a Modelagem hidrodinâmica: Aportes: Rios Chuva, Esgotos, Efluentes, etc.

12 Rio do do MODELOS DE VELOCIDADE Resultado com o programa Aquasea (simulação das velocidades): Forçante: vento NE, 8 nós, 24 horas MODELAGEM HIDRODINÂMICA DA LAGOA DE ARARUAMA Elevação, vento NE, 8 nós, 24 horas, sem maré - Pau do Buraco Limão Rio do Araruama Curtiço Rio Salgado Rio Salgado Iguaba Grande Rio Ubá RN 1013A Sede da UFF em Iguaba São Pedro da Aldeia Marnel Rio Moças das metros Ponte dos Leite Rio Mataruna RN 1011Z Pontinha Rio Ponta dos Antunes Ponta das Cardeiras Marnel Canal de de Itajurú RN 9002Z Marnel Ponta do Hospício Ponta do Anzol Ponta da Acaíra Cabo Frio Ponta das Coroinhas Ponta da Maçambaba Praia Seca Lagoa Vermelha Lagoa Pitanguinha Lagoa Pernambuca Praia Seca Praia Velocidade (m s -1) da Maçambaba O c e a n o A t l â n t i c o Praia da Figueira Marnel Arraial do Cabo

13 Tempo de Residência: Onde: TEMPO DE RESIDÊNCIA Indicador da taxa de renovação da água em sistemas semi-fechados Tempo de residência é dado genericamente pela equação V T = R Σ T R = Tempo de residência dado em dias V = volume do sistema ΣA = somatório dos aporte de água ao sistema (= ao somatório de saídas), dado em volume por dia A

14 Tempo de Residência: TEMPO DE RESIDÊNCIA ΣA V ΣA

15 TEMPO DE RESIDÊNCIA Tempo de Residência: Knoppers et al, cm 15 cm 20 cm 125 cm Premissas: mistura completa/ligação direta com o mar, etc

16 TEMPO DE RESIDÊNCIA Tempo de Residência: Alves et al, 2002

17 TEMPO DE RESIDÊNCIA Tempo de Residência: Alves et al, 2002 Knoppers(1991)/ Kjerfve(1999) Alves et al 2002 Saco de Saquarema 9/8 34 Saco de Mombaça 38/14 90

18 TEMPO DE RESIDÊNCIA Tempo de Residência: Alves et al, 2002 Expressão analítica para meia vida. (Kjerfve) Sizígia - Quadratura Modelo 1D Fase inicial Sizígia Modelo 1D Fase inicial Quadratura Saco de 1,4-1,9 0,5 1,6 Saquarema Saco de Mombaça 9,

19 TEMPO DE RESIDÊNCIA Tempo de Residência: T 50% TROCA EFETIVA (50%) Porquê 50 %????

20 TEMPO DE RESIDÊNCIA Tempo de Residência: Não linear T 50% 1/e Conce ntração (%) ,4 26,9 40,3 53,8 67,2 80,6 94, /e=36,8 % Te m p o (d ias)

21 ESTUDO DE CASO Área de estudos Laguna de Saquarema

22 Modelagem hidrodinâmica ESTUDO DE CASO O modelo numérico 2D do Aquasea utiliza as equações do transporte e do momento para calcular as trocas entre elementos finitos, estruturados pelo usuário. Vento SW 5 m s -1 T

23 ESTUDO DE CASO Modelagem hidrodinâmica O modelo de transporte

24 ESTUDO DE CASO Modelagem do aporte pontual de um poluente: 6,00E-03 Mombaça Jardim Boqueirão Saquarema 5,00E-03 4,00E-03 3,00E-03 Interior Oceano 2,00E-03 1,00E-03 0,00E+00 Concentração 0,1 0,4 0,8 1,1 1,4 1,8 2,1 2,4 2,8 3,1 3,5 3,8 4,1 4,5 4,8 5,1 5,5 5,8 6,2 6,5 6,8 7,2 7,5 7,8 8,2 8,5 8,9 9,2 9,5 9,9 10,2 10,5 10,9 11,2 11,5 X (Km) Abertura restrita Barra Franca Fonte

25 Distribuição do Tempo de Residência: ESTUDO DE CASO Experimentos para o cálculo de T 1/e para cada ponto selecionado Variação da concentração do elemento conservativo [EC] Mombaça Jardim [EC]% Boqueirão Saquarema dias

26 ESTUDO DE CASO Distribuição do Tempo de Residência: Seleção de pontos ao longo do sistema Rio Tinguí Rio Roncador Rio Jundiá Rio Seco Rio Bacaxá Iate Clube SAQUAREMA

27 ESTUDO DE CASO Mapa de distribuição do Tempo de Residência: Maré sintética, sem vento

28 ESTUDO DE CASO Mapa de distribuição do Tempo de Residência: Rio Roncador Rio Tinguí Rio Jundiá Rio Seco Tempo de Residência (dias) Rio Bacaxá Iate Clube SAQUAREMA Maré real, sem vento

29 ESTUDO DE CASO Mapa de distribuição do Tempo de Residência: Maré real, com vento típico de 5 nós de NE

30 CONCLUSÕES E APLICAÇÕES a partir de mapas de distribuição de tempo de residência é possível calcular a capacidade de suporte a todo o tipo de uso dos recursos hídricos de reservatórios.

31 CONCLUSÕES E APLICAÇÕES Efluente=10 g dia -1 Limi Max Perm = 0,25 g L -1 T 1/e =1dias V tot =100 L Ambiente fechado = 2,5 dias Ambiente aberto = 7,5 dias (aproximadamente)

32 CONCLUSÕES E APLICAÇÕES Emissários submarinos Estações de tratamento de esgoto Planejamento urbano Grandes projetos de maricultura Modelagem dos reservatórios propriamente ditos Modelagem de corpos d`água adjacentes Qualquer tipo de efluente seja ele conservativo ou não conservativo

33 CONCLUSÕES E APLICAÇÕES OBRIGADO Julio Cesar Wasserman geowass@vm.uff.br