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Revisão Prática dos Módulos 1, 2 e 3Introdução aos EstuáriosCirculação de ÁguaProcessos de Transporte
Carlos Ruberto Fragoso Júnior
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Sumário
Revisão Prática Introdução aos Sistemas Estuarinos Circulação das Águas Processos
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Introdução aos Sistemas Estuarinos
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Condutividade para salinidade
Utilizar trabalho prático!
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Condutividade para salinidade
Utilizar trabalho prático!
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Circulação das Águas no Estuário
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Força de Coriolis
Os efeitos da força de Coriolis tornam-se significativos em lagos e estuários maiores do que 5.rc; onde rc é um raio característico que depende da velocidade média da água e da latitude.
onde rc é o raio característico de circulação inercial (m); u é velocidade média da água (m.s-1); é a velocidade angular da terra (7,29 . 10-5 rad.s-1); e l é a latitude.
lc sin2
u
f
ur
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Exercício
Avalie se o efeito de Coriolis na circulação é significativo no lago Guaíba (-30,24o; -51,4o).
Dados:Velocidade média da água: 0,15 m/sComprimento do lago: 36 km
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Fetch
Em português às vezes usa-se “pista” como tradução de fetch.
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Comprimento de onda
O comprimento de onda em lagos pode ser aproximado pela expressão abaixo:
onde L é o comprimento da onda e H é a altura da onda
H20L
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Impacto das ondas no fundo do lago
L
Se prof<L/2 movimentoda água atinge o fundo
Caso contrário, ondas não afetam o fundo
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Exercício
Um vento de 50 km/h atuando no eixo longitudinal do Estuário Paraíba (L = 100 km) é suficiente para provocar resuspensão de material no sedimento?
Dados:
Profundidade média da lagoa: 2 m
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Pode ser térmica ou salina; A estratificação provoca estabilidade na
coluna d’água; Estabilidade significa menos turbulência e
menos mistura; São vários impactos sobre a qualidade da
água, é o principal fator de interferência na qualidade da água em lagos;
A estratificação térmica foi observada pela primeira vez em lagos suíços em 1880.
Estratificação de densidade
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Equação de estado da água do mar
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Exercício
Calcular a densidade média da água de um estuário com temperatura média de 16oC, salinidade média de 12 ppt e profundidade média de 3 m.
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Introdução aos Sistemas Estuarinos
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Concentração:
C = massa por unidade de volume
e.g. mg/l
Note: Concentração (M/V) x taxa de escoamento (V/T) = massa/taxa (M/T)
Diluição:
S = volume de uma amostra/ volume de efluente na amostra
p = 1/S
= concentração relativa
[ p: 1/S = 0 água pura]
Exemplo:Volume da amostra = 1000mLVolume de efluente = 50mlS = 1000/50 = 20 i.e. realizou 20 diluições
Concentração x Carga
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1a Lei de Fick - Difusão
x
CDJ
• D é um coeficiente de difusão (unidades de m2/s)• J é o fluxo de massa de C • massa vai de regiões de mais alta para mais baixa concentração
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1a Lei de Fick - Dispersão
x
CEJ
• E é um coeficiente de dispersão (unidades de m2/s)• J é o fluxo de massa de C • massa vai de regiões de mais alta para mais baixa concentração
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Coeficiente de dispersão longitudinal
*
22
011.0Uh
BuE
ShgtocisalhamendevelocidadeU *
E: coeficiente de dispersão longitudinal (m2/s)B: largura do rio (m)h: profundidade (m)u: velocidade da água (m/s)S: declividade média (m/m)
Chapra (1997) cap. 14
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Mistura De forma semelhante, quando são misturados volumes de água com
concentrações diferentes, a concentração final equivale a uma média ponderada das concentrações originais, o mesmo ocorrendo no caso de vazões. Assim, se um rio com vazão QR e concentração CR recebe a entrada de um afluente com vazão QA e com concentração CA. Admitindo uma rápida e completa mistura das águas, a concentração final é dada por:
AR
AARRF QQ
CQCQC
QR CRQA CA
QF CF
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Exercício
Uma cidade de 300 mil habitantes lança seu esgoto in natura em um rio com vazão de 2 m3/s e concentração 0,1 mg/L de DBO. Avalie se a concentração de DBO após o lançamento ficará acima do limite estabelecido para classe 2 (CONAMA 357). Considere que a vazão de esgoto é 80% da vazão de abastecimento.
Dados:
- Capitação per capita para abastecimento: 200 L/hab/dia
- Carga de DBO per capita: 54 g de DBO/hab/dia
- Limite da Classe 2 de DBO: 5 mg/L
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Para rios:
Fórmula direta para cálculo da capacidade assimilativa
CA = (Max permitido (3mg/l)) – Conc. Rio) x Vazão (m3/d)
Capacidade Assimilativa
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A partir de medições distribuídas de salinidade em um estuário:
• Razão de troca por maré
• Concentrações aproximadas dos poluentes
• Condições iniciais da qualidade da água
• Diluições
• Capacidade assimilativa e residência
• Coeficientes de dispersão
• Estratificação
Análise de Salinidade
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Razão de troca por maré (R) : razão entre o volume de água de boa qualidade que vem do oceano e o volume total de água que entra durante uma maré enchente.
Quanto maior R => melhor a diluição e mistura
So
Sf
SeR = (Sf – Se)/(So-Se) OR
R = [Se/(So-Se)]/(Vr/Vf)
Vf
Vr
Análise de Salinidade
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Dado um lançamento de um poluente:
faça a previsão da concentração no estuário!
• Use a distribuição de
salinidade como um guia
• No ponto de emissão,
assuma que a água do
oceano é diluída,
mistura-se com o
efluente e a água do
tributário e retorna para
o mar
Análise de Salinidade
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Volume de diluição do lançamento:
Do balanço de massa de sal:
QoSo = (Qo+Qe+Qf)S
Qo = (Qe+Qf)S/(So-S)
Vazão total para diluição do
efluente:
Qd = Qo+Qe+Qf
= (Qe+Qf)So/(So-S)
∴ Conc. Média do efluente
próximo ao ponto de emissão:
Cd = We/Qd , onde We =
Ce.Qe
Análise de Salinidade
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Exercício: Diluição de efluente
• O Hiperbompreço lança 0,1m3/s de esgoto na lagoa Mundaú contendo 3 mg/l de fósforo total. A vazão mínima do rio Mundaú (rio afluente) é de 12m3/s.
• Medições de salinidade no ponto de lançamento e nas águas costeiras oceânicas são de 12 ppt e 34ppt, respectivamente.
• Estime a concentração média da substância tóxica na vizinhança do lançamento.
Análise de Salinidade
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Concentrações a montante e a jusante do lançamento
(Material conservativo)
Montante: Poluente diluído similar a diluição da salinidade
MAR
Ponto de lançamento - d
X
SALINIDADE
‰
So
Sx
SdConcentração a montante em X:
Cx = Cd(Sx/Sd)
Análise de Salinidade
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Concentrações a montante e a jusante do lançamento
(Material conservativo)
Jusante: Poluente diluído similar à água doce
MAR
Ponto de lançamento - d
X
SALINIDADE
‰
So
Índice de água doce
(So – Sx)(So – Sd)
Concentração a jusante em X:
Cx = Cd(So-Sx)/(So-Sd)
Índice de água doce = (So – Sx)/So
0 -> 1
Análise de Salinidade
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Exercício: Diluição de efluente (Parte B)
• Mesmas condições do problema anterior (Parte A)
• Medidas de salinidade: a) ponto a jusante do lançamento 17ppt
b) ponto a montante do lançamento 2 ppt
• Estime a concentração média de fósforo total nestes dois pontos:
0.1
mg/l
MAR
Análise de Salinidade
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Diferentes tipos e definições
a) Tempo de descarga:Tempo para substituir o volume de água doce (Vf) dentro de um estuário a uma taxa de escoamento através do estuário (R)
Tf = Vf/R
• Requer muito esforço de medição para calcular Vf
• Método do prisma de Maré – fácil de calcular*:
Tf = TxV/(Vt + Vr)*Prever o limite mais baixo de Tf
Onde:
T = período de um ciclo de maré
V = vol. do estuário
Vt = vol. da maré de enchente
Vr = vol. do rio
Tempo de Descarga e Residência
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• Coeficiente de troca por ciclo de maré (E):
Fração da água que é removida e substituida durante cada ciclo de maré
Similar ao Razão de troca por Maré (R) – visto anteriormente
• Razão de Prisma de Maré (Tidal Prism Ratio):
• Eficiência de descarga:
Onde:
VH = vol. do estuário na maré alta
VL = vol. do estuário na maré baixa
Eficiência da Descarga
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Exercício Estime a eficiência de renovação das águas de um estuário em
uma maré de quadratura semi-diurna (min. 0,6 m e max. 1.5 m)
Dados:
Curva cota(m)-volume(m3):
Vazão média do rio: 2 m3/s