MODELAGEM MATEMÁTICA APLICADA AOS CURSOS D ÁGUA EM PORTO VELHO Gustavo da Costa Leal 1 ; Juliana Gama e Gama 2 ; Daniel Cunha de Carvalho 3 ; Janduir Silva de Freitas Filho 4 *; Joadi de Melo Lacerda Júnior 5 ; Andréia Tamy Konasugawa Pereira 6 1 Resumo Os recursos hídricos no Brasil são abundantes, porém não chamam muita atenção do Poder Público. As bacias hidrográficas apresentam degradação, principalmente aquelas localizadas em zonas urbanas. Com o crescimento desordenado nas cidades os rios, igarapés e nascentes são agredidos de forma indiscriminada e sem controle. As obras de engenharia civil em muito influenciam, tendo em vista que as redes de drenagens, por exemplo, fazem lançamentos muitas das vezes em canais que não possuem capacidade para a autodepuração. Diante destes fatos, o presente trabalho tem como finalidade a modelagem matemática de igarapés urbanos através do modelo QUAL2K, possibilitando medidas de intervenção e tratamento através de criação de Estações de Tratamento de Águas Fluviais para revitalizar aqueles cursos d água que tiveram suas características alteradas. Palavras-Chave Modelagem, QUAL2K, Águas Fluviais MODELING APPLIED MATHEMATICS TO RIVERS IN PORTO VELHO Abstract The water resources in Brazil are plentiful, however not call much attention of the Government. How watersheds present degradation, especially those located in urban areas. With the unbridled growth in the cities rivers, streams and springs are beaten indiscriminately and without control. The civil engineering works in much influence, given that the drainage networks, for example, make postings often on channels that have no capacity for self-purification. Given these facts, this study aims to mathematical modeling of urban streams through QUAL2K model, enabling intervention and treatment through creation of River Water Treatment Plants to revitalize those waterways that had changed their characteristics. Keywords Modeling, QUAL2K, Water River 1,2,3,5,6 Graduado em Engenharia Civil. Universidade Federal de Rondônia, Campus José Ribeiro Filho. 4 Professor do Departamento de Engenharia Civil. Universidade Federal de Rondônia, Campus José Ribeiro Filho - BR 364, Km 9,5 CEP: 7681-59 - Porto Velho - RO, janduirfilho@unir.br XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 1
1. INTRODUÇÃO A cidade de Porto Velho tem inúmeros igarapés que cortam sua área urbana, são canais naturais que contribuem para a macro bacia do Rio Madeira. Na área urbana temos alguns de importância como o igarapé do Bate-Estaca, responsável pelo abastecimento de água na cidade. Todavia, devido a não existência de uma rede de coleta de esgoto e consequentemente a falta de uma estação de tratamento, grande parte dos resíduos são despejados in natura nesses igarapés, criando um efeito deletério na qualidade da água de toda a região. Não existe distinção entre os igarapés atingidos pela poluição, seja a sua localidade de curso centralizada na área urbana ou mais afastada do centro comercial, todos se encontram com um índice de poluição alarmante. Já existem algumas pequenas articulações a fim de realizar estudos e por fim obras para melhoria na área urbana, a Prefeitura de Porto Velho vêm integrando secretarias e órgãos federais para que os projetos de macro drenagem possam ser elaborados com a maior caracterização possível da área beneficia pelas intervenções, parceria entre a SEMPRE Secretaria Municipal de Obras Especiais e SIPAM Sistema de Proteção da Amazônia, por exemplo. Não há contudo, estudos em andamento com o intuito de se revitalizar aqueles setores onde os cursos d água já se encontram degradados (RIGOTTI, 2). É devido a esta falta de estudo direcionado a região e a problemática, considerando-se aspectos minuciosos das propriedades e características dos cursos d água da região urbana de Porto Velho que se faz necessário iniciar trabalhos de levantamento quantitativo, qualitativo da qualidade da água nesses igarapés, modelagem dos fluxos fluviais e dos componentes químicos e biológicos diluídos nos mesmos para que esses dados possam nortear medidas de intervenção, pontuais e gerais, almejando a revitalização total da fauna e flora aquática na área urbana. Acreditando que é possível sim, termos um rio urbano, vivo e atrativo, e não apenas mais um canal de concreto para escoar material. Os igarapés, agentes deste estudo, foram escolhidos devido a sua centralização, a sua proximidade com o Parque da Cidade e principalmente por estarem muito próximo ao Campus do Instituto Federal de Rondônia, sendo que um deles faz fronteira com o limite lateral do lote onde prédios institucionais serão instalados. Logo, a melhoria do local é de suma importância e de interesse da comunidade que faz uso das instalações ali presente. O objetivo do presente trabalho é realizar um diagnóstico da situação dos cursos d água e avaliar um modelo matemático que se adéque ao regime hidrológico amazônico, que possa descrever a movimentação de substâncias nos fluxos dos igarapés. 2. MATERIAIS E MÉTODOS A Bacia Hidrográfica da Penal está localizada no município de Porto Velho, na região urbana central, entre as coordenadas geográficas 8 45 22 S 63 51 35 O e 8 44 4 S 63 52 21 O. Para fins didáticos os cursos d água que compõem a bacia a ser estudada serão chamados de Curso 1 e Curso 2. Ilustrados na próxima figura. O Curso 1 possui 166m de extensão, sua nascente localizase na Avenida 7 de Setembro, entre ruas Geraldo Ferreira e Governador Ari Marcos, Bairro Agenor de Carvalho, o Curso 1 passa por pontos importantes da cidade, como o limite da área do Centro Comercial Porto Velho Shopping. O Curso 2 possui 185m de extensão, sua nascente localiza-se na Rua Rio Marmelo, entre ruas Leda e Ananias Ferreira de Andrade, Bairro Agenor de Carvalho, o Curso 2 corta a praça e grande área verde situada na Avenida José Vieira Caúla e também o limite lateral do Campus Calama do Instituto Federal de Rondônia. XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 2
A Bacia Hidrográfica da Penal por estar situada em área urbana apresenta uso e ocupação diversificada, nela localizam-se setores de residências, comércios e atividades afins. Seu monitoramento faz-se importante devido a sua localização no estar no centro urbano da capital Porto Velho. 2.1. Utilização do Modelo. Figura 1- Cursos dos igarapés a serem monitorados. Fonte: Google Earth. O modelo adotado para a modelagem dos igarapés foi o QUAL2K regulamentado pela Agência Norte-americana de Proteção Ambiental (U.S. Environmental Protection Agency EPA). A escolha do modelo foi devido a sua ampla utilização em estudos de qualidade da água. Os igarapés em estudo possuem alta concentração de carga poluidora, tendo níveis críticos de oxigênio dissolvido nas proximidades dos pontos para implantação das estações de tratamento de água fluviais. O monitoramento deste estudo foi realizado no período entre os meses de abril e junho de 214, distribuído em intervalos de 7 dias por amostragem. Os procedimentos de amostragem foram realizados segundo a ABNT NBR 9898/1987 e NBR 9897/1987, que referem-se à metodologia de coleta e acondicionamento de amostragens. Foram selecionados 8 pontos de coletas, sendo 4 pontos no Igarapé I e 4 pontos no Igarapé II. No monitoramento foram analisados os parâmetros químicos oxigênio dissolvido e demanda bioquímica de oxigênio, permitindo caracterizar a qualidade da água dos igarapés em estudo. Estes dados foram comparados com os indicadores da qualidade da água de rio, em conformidade com a Resolução nº 357 (CONAMA, 25). A calibração do Modelo Qual2K tem como objetivo ajustar os dados observados e os estimados através de variações de parâmetros no software. Para que haja aplicabilidade do modelo, as condições de calibração serão especificadas: Vazões: foram utilizadas as vazões médias de cada elemento através da velocidade média e nível da água. Os dados foram coletados nos dias 27 de abril de 214 e 8 de julho de 214, meses que apresentam alta e baixa precipitação (mm) respectivamente. Velocidade: foram utilizadas as velocidades médias de cada trecho, obtidas através de flutuador, cronometrando-se o tempo gasto para percorrer um determinado trecho. XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 3
Altura da água: a calibração das alturas da lâmina d água se deu através das verificações realizadas in situ durante períodos de estiagem e chuvas, para tal utilizou-se uma trena metálica, obtendo os valores nas margens, no meio da seção e dois valores entre as margens e o meio da seção. As fontes poluidoras foram quantificadas e agrupadas conforme suas características (esgoto doméstico e drenagem pluvial). Para a quantificação exata das fontes, o autor percorreu todos os trechos dos igarapés para anotar os pontos encontrados. Os percursos foram realizados conforme as áreas marginais dos igarapés se encontravam, possibilitando (vias urbanas, ou sem vegetação) ou não o acesso (locais com vegetação densa). 2.2. Definição de cenários A simulação da qualidade da água nos igarapés foi realizada para um período de 3 dias. No primeiro cenário temos a modelagem dos dados fazendo uso dos pontos de lançamento de esgoto verificados in situ e uma contribuição mínima para a rede de drenagem pluvial. Como um segundo cenário o autor acrescentou um crescimento de 5% nos volumes de lançamentos e esgotos e uma contribuição extrema da rede de drenagem pluvial, a fim de se obter uma simulação de forma que o dimensionamento das estruturas de tratamento atendam a um crescimento significativo de pontos de lançamentos nos igarapés 3. RESULTADOS O modelo QUAL2K gera gráficos de concentração versus distância, portanto, foram criados gráficos seguindo o mesmo padrão para os valores obtidos através do monitoramento. O oxigênio dissolvido quando analisado no sentido do escoamento permite observar as mudanças de condições básicas para sustentação de seres vivos no ambiente. Pode-se verificar as áreas com impacto ambiental e as de recuperação através da autodepuração. O Figura 1 e 2 abaixo mostra a simulação no Igarapé I para o oxigênio dissolvido e demanda bioquímica de oxigênio, respectivamente, comparando os Cenário 6 para a rede de drenagem (7% de seção e velocidade de 4,m/s) e crescimento de 5% para o lançamento de esgoto doméstico e o Cenário 1 para a rede de drenagem (3% de seção e velocidade de 2,m/s) e crescimento de 5% para o lançamento de esgoto doméstico. O Figura 3 e 4 abaixo mostra a simulação no Igarapé II para o oxigênio dissolvido e demanda bioquímica de oxigênio, respectivamente, comparando os Cenário 6 para a rede de drenagem (7% de seção e velocidade de 4,m/s) e crescimento de 5% para o lançamento de esgoto doméstico e Cenário 1 para a rede de drenagem (3% de seção e velocidade de 2,m/s) e crescimento de 5% para o lançamento de esgoto doméstico. XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 4
,11,22,33,44,55,66,77,88,99 1,1 1,21 1,32 1,43 1,54 1,65 1,76 1,87 1,98 2,9 2,2 2,31 2,42 2,53 2,64 2,75 2,86 2,97,14,28,42,56,7,84,98 1,12 1,26 1,4 1,54 1,68 1,82 1,96 2,1 2,24 2,38 2,52 2,66 2,8 2,94 Comparativo entre valores modelados e reais para o Igarapé I 5 45 4 35 3 25 2 15 5 OD Modelado para o Cenário 6 OD Modelado para o Cenário 1 Dados Coletados Distância (km) a partir da Nascente I Figura 1 Comparação entre valores teóricos e reais de OD para o Igarapé I. 25 OD e DBO modelados para Igarapé I 2 15 5 DBO (mg/l) Distância (km) a partir da Nascente I Figura 2 Comparação entre valores de OD e DBO simulados para o Igarapé I. XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 5
,11,22,33,44,55,66,77,88,99 1,1 1,21 1,32 1,43 1,54 1,65 1,76 1,87 1,98 2,9 2,2 2,31 2,42 2,53 2,64 2,75 2,86 2,97,125,25,375,5,625,75,875 1 1,125 1,25 1,375 1,5 1,625 1,75 1,875 2 2,125 2,25 2,375 2,5 2,625 2,75 2,875 3 24 22 2 18 16 14 12 8 6 4 Comparativo entre valores modelados e reais para o Igarapé II OD Modelado para o Cenário 6 OD Modelado para o Cenário 1 Dados Coletados Distância (km) a partir da Nascente II Figura 3 Comparação entre valores teóricos e reais de OD para o Igarapé II. 2 18 16 14 12 8 6 4 2 OD e DBO modelados para o Igarapé II DBO (mg/l) Distância (km) a partir da Nascente II Figura 4 Comparação entre valores de OD e DBO simulados para o Igarapé II. 4. CONCLUSÕES Concluindo-se que há grande degradação nos cursos d águas analisadas, devido principalmente pelo lançamento indevido no corpo hídrico, ou seja, resultado de ações antrópicas ao longo de todo o percurso monitorado. A presença de residências nos perímetros dos igarapés XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 6
acontece de forma indiscriminada, mesmo naquelas áreas tidas como Áreas de Proteção Permanente APP. Há também uma grande contribuição dos lançamentos da rede de drenagem. A rede de coleta e lançamento de água pluviais é falha e acaba comprometendo os cursos d água. Ao analisar as calhas dos igarapés verificou-se uma grande necessidade de intervenção com obras de infraestrutura. Muitos taludes encontram-se péssimo estado e com as chuvas grande volume de material é carreado para o curso d água, agravando ainda mais a situação. Através das análises de percentual de oxigênio dissolvido foi possível verificar que é viável a implantação de estações de tratamento mais simples, com o emprego de filtração por raízes e caixas anaeróbicas. REFERÊNCIAS ARTIGO EM ANAIS DE CONGRESSO OU SIMPÓSIO RIGOTTI, J. A.; POMPÊO, C. A. Estudo de revitalização de cursos d água: bacia hidrográfica do futuro Campus UFSC. XIX Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos, 2; OUTROS CONAMA Conselho Nacional de Meio Ambiente. Resolução n 357, de 17 de março de 25. Dispõe sobre a classificação dos corpos de água e diretrizes ambientais para seu enquadramento, bem como estabelece as condições e padrões de lançamento de efluentes, e dá outras providências. Diário Oficial da República Federativa do Brasil, Brasília, DF, 17 de março de 25; ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 9897: Planejamento de amostragem de efluentes líquidos e corpos receptores - Procedimento Procedimento. Rio de Janeiro, 1987; ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 9898: Preservação e técnicas de amostragem de afluente líquidos e corpos receptores Procedimento. Rio de Janeiro, 1987; XXI Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos 7