Modelagem matemática da autodepuração da microbacia do Irurá no município de Santarém – Pará

Lucinewton Silva Moura, Raquel Freitas dos Santos, Zaqueu dos Santos, Mirian Santos de Sousa, Ruy Bessa Lopes

Resumo


Os ecossistemas aquáticos possuem um mecanismo natural de recuperação após receberem uma determinada carga de poluentes, e tal capacidade de autodepuração pode ser analisada através da modelagem matemática. No município de Santarém, muitos corpos d’água sofrem com a crescente degradação, tornando-se necessário monitorar e avaliar a qualidade da água da microbacia e buscar respostas através da modelagem, avaliando a sua capacidade de autodepuração. O objetivo do presente estudo foi avaliar a capacidade de autodepuração da microbacia do Irurá, de um corpo d´água urbano, através da análise da autodepuração do oxigênio dissolvido (OD) utilizando modelagem matemática. A coleta de dados ocorreu nos anos de 2016 e 2017. Para o ajuste dos coeficientes da modelagem matemática foi utilizado o software Curver Expert 1.4, usando o método matemático de ajuste de funções não lineares de Levenberg-Marquardt. Foi inserido o modelo matemático de Streeter-Phelps completo levando em consideração as parcelas de déficit pontual, DBO pontual, nitrificação, demanda de sedimento, fotossíntese e respiração. Foram ajustados oito coeficientes do modelo em função dos dados experimentais de oxigênio dissolvido e do tempo de percurso d’água. Diferentemente dos outros trabalhos apresentados na literatura, os coeficientes foram obtidos através de ajuste do modelo matemático de Streeter-Phelps. A partir dos coeficientes ajustados foi possível predizer o nível de decaimento do OD a qualquer tempo de percurso do corpo d’água, possibilitando a identificação das seções com nível crítico de OD.

Texto completo:

PDF

Referências


ÁVILA, L.C. Modelagem da Qualidade da Água Utilizando Coeficientes Bibliográficos e Experimentais – Aplicação ao Rio Vacacaí Mirim. 2014. Dissertação de Mestrado ( Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil) - Universidade Federal de Santa Maria, Centro de Tecnologia, Santa Maria, RS, 2014.

BAI, S.; REN, N.; YOU, S.; ZHAO, X.; LI, Y.; WANG, Y. Modelling the oxygen- depleting potencial and spatially differenciated effect of sewage organics in life cycle assessment for wastewater management. Science of the total environment, v. 655, p. 1071-1080. 2019.

BASSANEZI, R.C. Modelagem Matemática: Uma disciplina emergente nos programas de formação de professores. Biomatemática IX (Departamento de Matemática) UNICAMP - IMECC, 1999. Disponível em:< https://www.researchgate.net/profile/Rodney_Bassanezi/publication/242289078_Modelagem_Matematica_Uma_disciplina_emergente_nos_programas_de_formac_ao_de_professores/links/0c9605251e38583e5a000000.pdf> Acessado em: 03 de fevereiro de 2018.

CARRANZA, F.E. O Modelo Matemático. Janela Econômica. Faculdades Integradas Santa Cruz de Curitiba, 2009. Disponível em: . Acessado em: dezembro de 2017.

CHAPRA, S.C. Surface water quality modeling. New York, McGraw-Hill, 1997.

CHAPRA, S. C.; RUNKEL, R. L. Modelling impact of storage zone on stream dissolved oxygen. J. Envoron. Eng. v. 125, n. 5, p. 415-419. 1999.

CUNHA, A. C.; CONEGHIAN, C. M. R.; POLETTI, E. C. C. Sewage discharge and water self decay: Streeter and Phelps model application. Computational and applied mathematics. v. 37, n. 3, p. 3514-3524. 2017.

DEKISSA, T.; MEIRLAEN, J.; ASHTON, P. J.; VANROLLEGHEM, P. A. Simplyfing dynamic river water quality modelling: a case study of inorganic nitrogen dynamics in the crocodile river (South Africa).Water, air and soil pollution. v. 155, p. 303-320. 2004.

ERTURK, A.; GUREL, M.; EKDAL, A.; TAVSAN, C.; UGURLUOGLU, A.; SEKER, D. Z.; TAMIK, A.; OZTURK, I. Water quality assessment and meta model development in Melen watershed – Turkey Journal of Environmental management. v. 91, p. 1526-1545. 2010.

EZAKI, Y. Estudo de autodepuração do efluente da ETE de um loteamento em São José/SC. 2015 Trabalho de Conclusão de Curso (Engenharia Sanitária e Ambiental)- Florianópolis, SC, 2015.

FAN, C.; KO, C. K.; WANG, W. S. An innovative modeling approach using QUAL 2K and HEC-RAS integration to assess the impact of tidal effect on river with quality simulation. Journal of environmental management, v. 90, n. 5, p. 1824-1832. 2009.

GONÇALVES, J. C. S. I.; ESPOSTO, M. S. Water quality modelling of the São Joaquim stream, Brazil. Ciência e natura. v. 41, p. 1-13. 2019.

FRAGOSO JR, C.R; FERREIRA, T.F.; DA MOTTA MARQUES, D. Modelagem ecológica em ecossistemas aquáticos. Oficina de textos, 2009.

GOMES, S. H. G.; GUEDES, H. S. A.; SIQUEIRA, T. M.; CORREA, L. B.; ANDREAZAA, R.; HUFFNER, A. N. Modelagem sazonal da qualidade de água do rio dos Sinos/RS utilizando o modelo QUAL-UFMG. Engenharia sanitaria e ambiental. v. 23, p. 275-285. 2018.

GOTOVTSEV, A. V. Modification of the Streeter-Phelps system with aim to account for the feedback between dissolved oxygen conservation and organic matter oxidation rate. Water resources, v. 37, n. 2, p. 245-251. 2010.

HAIDER, H.; AL, W.; HAYDAR, S. A rewiew of dissolved oxygen and biochemical oxygen demand models for large rivers. Pak. J. Eng. & Appl. Sci. v. 12, p. 127-142. 2013.

HOLANDA, V. P. D.; SOARES, T. R.; VERAS, I. F. O.; SALES, R. J. M. Análise do déficit e da concentração de oxigênio dissolvido no rio Piranhas-Açu, sujeito a lançamento de efluentes, mediante a utilização do modelo Streeter-Phelps simplificado. Rev. Tecnol. v. 38, n. 1, p. 55-66. 2017.

HUANG, B. H.; HIEN, H. N.; DINH, N. Y.N.; THAO, N. A.; HA, P.T.T.; KANDA SAMY, J. Integration of SWAT and QUAL 2K for water quality modelling in a Delta scarce basin of can river basin in Vietnam. Ecohydrology & Hidrobiology. v. 19, p. 210-223. 2019.

JUBB, S.; HUKME, P.; GYMER, F.; MARTIN, J. Considering the impact of intermitent discharges when modeling overflows. Water science and technology, v. 38, n. 10, p. 23-30. 1998.

LINDENSCHMIDT, K. E.; PECH, I,; BABOROWSKI, M. Environmental risk of dissolved oxygen depletion of diverted flood waters in river polder systems – A quasi 2 D flood modeling approach. Science of the total environment, v. 407, n. 5, p. 1598-1612. 2009.

LIU, Y.; SCAVIA, D. Analysis of the Chesapeake bay hypoxia regime schift: insights from two simple mechanistic models. Estuaries and coasts, v. 33, p. 629-639. 2010.

NAS, S. S.; NAS, E. Water quality modelling and dissolved oxygen balance in stream: a point source Streeter-Phelps application in the case of the Harsit stream. Clean. V. 37, n. 1, p. 67-74. 2009.

MOTTA, D.; ABAD, J. D.; GARCIA, M. Modeling framework for organic sediment resuspension and oxygen demand: case of Bubbly creek in Chicago. J. Environ. Eng, v. 136, n. 9, p. 952-964. 2010.

McMARTIN, B. J.; FORRESTER, S. B. J. A fractional step-exponencially fitted hopscotch scheme for the Streeter-Phelps equations of river self-depuration. Engineering computation, v. 19, n. 2, p. 177-189. 2002.

NUNES, D. G. Modelagem da Autodepuração e Qualidade da Água do Rio Turvo Sujo. 2008. Dissertação para obtenção do título de Magister Scientiae. (Programa de Pós-Graduação em Engenharia Agrícola) – Universidade Federal de Viçosa, Viçosa, Minas Gerais, 2008.

OMOLE, D.O.; LONGE, E. O. Reareation coefficiente modelling: a case study river Atuwara in Nigeria. Research Journal of applied sciences engineering and technology. V. 4, n. 10, p. 1237-1243. 2012.

ORSSATTO, F. Avaliação do oxigênio dissolvido do Córrego Bezerra a montante e a jusante de uma estação de tratamento de esgoto sanitário, Cascavel, Paraná. Revista Brasileira de Biociências, v. 6, n. S1, 2008.

RAUCH, W.; HENZE, M.; KONCSOS, L.; REICHRT, P. River water quality modelling I. State of the art. Water and technology. v. 38, n. 11, p. 237-244. 1998.

RICCIARDONE, P.; DOS SANTOS PEREIRA, O.; PEREIRA, C.S.S. Avaliação da Capacidade de Autodepuração do Rio das Mortes no Município de Vassouras/RJ. Revista Eletrônica TECCEN, Vassouras, 2011.

RHODEN, A.C.; FELDMANN, N.A; MUHL, F.R.; RITTER, A.F.S.; MOREIRA, A.A importância da água e da gestão dos recursos hídricos. Revista de Ciências Agroveterinárias e Alimentos, n.1 de 2016.

RODRIGUES, T.E.; SANTOS, P.L. dos.; OLIVEIRA JUNIOR, R.C. de.; VALENTE, M.A.; SILVA, J. M. L. da.; CARDOSO JÚNIOR, E. Q. Caracterização dos solos da área do planalto de Belterra, município de Santarém, Estado do Pará. – Belém. Embrapa Amazônia Oriental- Documentos, 115 (INFOTECA-E), 2001.

SANTOS, A., SAITO, N.S., PELUZIO, T.M.D.O.; BRAGA, J.C. organizadores. AD’ÁGUA 2.0: Sistema para simulação de autodepuração de cursos d’água–Manual do Usuário. Alegre, ES. Campus de Alegre da Universidade Federal do Espírito Santo - CAUFES, 2010.

STRAGER, M. P.; FLETCHER, J. J.; STRAGER, J. M.; YUILL, C.B.; ELLI, R. N.; PETTY, J. T.; LAMONT, S. J. Watershed analysis with GIS: The watershed characterization and modelling system software application. Computer & Geoscience. V. 36, p. 970-976. 2010.

STREETER, H. W.; PHELPS, Earle B. A Study of the Pollution and Natural Purification of the Ohio River, III, Factors Concerned in the Phenomena of Oxidation and Reaeration. US Public Health Service. Public Health Bulletin, v. 146, p. 75, 1925.

SODRÉ, U. Modelos matemáticos. Londrina: Universidade Estadual de Londrina - UEL, 2007. Disponível em: . Acessado em: 03 de fevereiro de 2018.

TEODORO, A., Ide, C. N., Ribeiro, M. L., Broch, S. A. O., & Silva, J. D. (2013). Implementação do conceito Capacidade de Diluição de Efluentes no modelo de qualidade da água QUAL-UFMG: estudo de caso no Rio Taquarizinho (MS). Engenharia Sanitária e Ambiental, v. 18, n. 3, p. 275-288, 2013.

TONON, K. Modelagem da qualidade da água utilizando os modelos Streeter-Phelps e QUAL-UFMG na Bacia do Rio Lambari-Poços de Caldas. 2014. Dissertação (Mestrado em Ciência e Engenharia Ambiental) - Universidade Federal de Alfenas, Poços de Caldas, MG, 2014.

VON SPERLING, M. Introdução à qualidade das águas e ao tratamento de esgotos. Editora UFMG. Belo Horizonte. 2005.

VON SPERLING, Marcos. Estudos e modelagem da qualidade da água de rios. 2ª. ed. Belo Horizonte: Departamento de Engenharia Sanitária e Ambiental; Universidade Federal de Minas Gerais, p. 317-576, 2014.

WAGHMADE, R. W.; KIWNE, S. B. Matematical modelling for dissolved oxygen SAG analysis in river. International Journal of Engineering Science and Mathematics. v. 8, n. 2, p. 38-47. 2019.

WANG, L. K.; VIELKIND, D.; WANG, M. H. Mathematical models of dissolved oxygen concentration on fresh water. Ecological Modelling. v. 5, n. 2, p. 115-123. 1978.

YUSTIANI, Y. M.; LIDYA, L.; BANDUNG, I. Towards an informative system of modeling and monitoring of Cikapundung river. Procedia Engineering, v. 154 p. 353-360. 2016.

YUSTIANI, Y. M. Determination of maximun BOD load using water quality modelling of upstream Citarum river. International Journal of geoamte. v. 16, n. 56, p. 118-122. 2019.

ZOPPAS, F.M.; BERNARDES, A.M.; MENEGUZZI, A. Parâmetros operacionais na remoção biológica de nitrogênio de águas por nitrificação e desnitrificação simultânea. Engenharia Sanitária e Ambiental, v. 21, n.1, p.29-42, 2016.




DOI: https://doi.org/10.5020/23180730.2020.10275

Métricas do artigo

Carregando Métricas ...

Metrics powered by PLOS ALM


Licença Creative Commons
Esta obra está licenciada sob uma licença Creative Commons Atribuição - NãoComercial 4.0 Internacional.

Licença Creative Commons
Esta obra está licenciada com uma Licença Creative Commons Atribuição 4.0 Internacional.
Revista Tecnologia, Fortaleza - Ceará- Brasil – E-ISSN: 2318-0730

Desenvolvido por:

Logomarca da Lepidus Tecnologia