Conferência Científica Internacional LBA/GEOMA/PPBio: Amazônia em Perspectiva: Ciência Integrada para um Futuro Sustentável Temática: A biogeoquímica das.

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1 Conferência Científica Internacional LBA/GEOMA/PPBio: Amazônia em Perspectiva: Ciência Integrada para um Futuro Sustentável Temática: A biogeoquímica das interações entre terra e água: integrando pequenos reservatórios a grande bacia.  Modelagem da Hidrodinâmica e Dispersão de Plumas de Constituintes Químicos na Água em Rios sob Influência de Marés: Zona Estuarina Urbana de Macapá e Santana - AP Dr. Alan Cavalcanti da Cunha, Grad. Luis Aramis dos Reis Pinheiro, Dra. Anamaria Sousa Duarte, Msc. Daimio Chaves Brito, Dra. Helenilza Albuquerque da Cunha Local: Manaus Data: 17/11/2008

2 Conferência Científica Internacional LBA/GEOMA/PPBio: Amazônia em Perspectiva: Ciência Integrada para um Futuro Sustentável Introdução A dispersão de poluentes na água em zonas estuarinas, próximas de áreas urbanas, é um dos problemas que normalmente influenciam os impactos diretos causados por poluentes à saúde pública e aos ecossistemas aquáticos em geral (CUNHA et. al., 2006; CUNHA et. al., 2007; PINHEIRO e CUNHA, 2008). Na Amazônia e, principalmente no Estado do Amapá, essa temática é ainda pouco estudada, mas é determinante nos processos biogeoquímicos e qualidade da água, como a degradação da matéria orgânica (PINHEIRO et. al., 2008). Figura 1: Orla de Macapá e estação das docas de Santana próxima da área estuda.

3 Conferência Científica Internacional LBA/GEOMA/PPBio: Amazônia em Perspectiva: Ciência Integrada para um Futuro Sustentável Objetivo Modelar numericamente o escoamento natural transiente em rios estuarinos sob condições de impactos ambientais próximos de áreas urbanas - Estado do Amapá. Simular a hidrodinâmica do escoamento e a dispersão de plumas de poluentes em rios estuarinos sob influência de marés semi-diurnas ao longo da orla urbana de Macapá e Santana. Elaborar cenários hipotéticos que tratem dos fenômenos governantes da dispersão e autodepuração de poluentes em rios e possíveis ações de monitoramento de poluentes na água, no caso monitorar o posto de capitação da CAESA e a região portuária de Santana.

4 Materiais e Métodos Área de Estudo
Conferência Científica Internacional LBA/GEOMA/PPBio: Amazônia em Perspectiva: Ciência Integrada para um Futuro Sustentável Materiais e Métodos Área de Estudo b a e d c A zona estuarina estudada compreende a região costeira de Macapá e Santana . Essa área compreende a parte mais urbanizada do litoral do estado do Amapá indo do Canal do Jandiá até a fronteira do rio vila nova. Figura 2: a) rio Vila Nova; b) rio Matapi; c) Igarapé do Jandiá; d) posto de captação da CAESA; e) Fortaleza de São José de Macapá FONTE: Google Maps (2008). Área = m²

5 Materiais e Métodos: Fluxograma
Conferência Científica Internacional LBA/GEOMA/PPBio: Amazônia em Perspectiva: Ciência Integrada para um Futuro Sustentável Materiais e Métodos: Fluxograma Modelagem Pré-Processamento Desenvolvimento da Geometria Geração da malha Criação do Domínio Condições iniciais e de Contorno (Cunha et ., 2006) Processamento Condições de convergência Calculo CFD Pós-Processamento Visualização dos Resultados da Simulação Figura 3: Etapas metodológicas de modelagem. Pinheiro e Cunha (2008).

6 Materiais e Métodos: desenvolvimento da geometria
Conferência Científica Internacional LBA/GEOMA/PPBio: Amazônia em Perspectiva: Ciência Integrada para um Futuro Sustentável Materiais e Métodos: desenvolvimento da geometria Fortaleza de São José de Macapá Posto de Captação Rio Amazonas Figura-4: (a)Ambiente gráfico do Techdig ; (b) curva gerada a partir dos dados do Techdig; (c) - sólido gerado no Solidworks (mm) e (d) destaque na região que compreende ao posto de captação de água da CAESA.

7 Materiais e Métodos: Geometria de Orla de Macapá e Santana
Conferência Científica Internacional LBA/GEOMA/PPBio: Amazônia em Perspectiva: Ciência Integrada para um Futuro Sustentável Materiais e Métodos: Geometria de Orla de Macapá e Santana Figura 5: Domínio 3D da zona estuarina de Macapá e Santana. Pinheiro e Cunha (2008).

8 Materiais e Métodos: CFX 11.0
Conferência Científica Internacional LBA/GEOMA/PPBio: Amazônia em Perspectiva: Ciência Integrada para um Futuro Sustentável Materiais e Métodos: CFX 11.0 O cfx 11.0 funciana na seguinte ordem: Geração da Malha- cfx-meshing Cfx - pré Cfx - solver Cfx – post Figura 6: Ambiente Grafico CFX 11.0.Fonte: Pinheiro e Cunha (2008).

9 Materiais e Métodos: CFX-meshing
Conferência Científica Internacional LBA/GEOMA/PPBio: Amazônia em Perspectiva: Ciência Integrada para um Futuro Sustentável Materiais e Métodos: CFX-meshing Características da Malha: Numero de nodos: Numero de Tetraedros: Numero de Pirâmides: 0 Numero de Prismas: 0 Figura-7: Ambiente gráfico CFX-meshing, modulo que gera a malha computacional para dar inicio ao pré-processamento.

10 Materiais e Métodos Pré-processamento: cfx-pré
Conferência Científica Internacional LBA/GEOMA/PPBio: Amazônia em Perspectiva: Ciência Integrada para um Futuro Sustentável Materiais e Métodos Pré-processamento: cfx-pré 1 2 3 4 5 6 8 10 9 7 Intervalo de Tempo: 13 h Passos de tempo: 3 min Resultados Transientes: 30 min 1 7 2 3 6 4 5 Fontes Taxa de Emissão (Kg/s) (Hipotética) EMISSÃO 1 0,5 EMISSÃO 2 0,05 EMISSÃO 3 0,02 EMISSÃO 4 0,1 EMISSÃO 5 0,3 EMISSÃO 6 0,4 1- Orla de Macapá e Santana (região compreendida entre o bairro do Perpetuo Socorro e foz do rio Vila nova), abrange uma área de m²(região tipo wall, sem deslizamento); 2-Rio amazonas(a região que representa o fundo do rio é do tipo wall sem deslizamento e a parte de cima é do tipo wall com deslizamento livre); 3-Sentido Norte do Rio (região de entrada e saída de fluxo, região do tipo opening); 4-Sentido Sul do Rio (região de entarada e saída de fluxo, região do tipo opening); 5- Ilhas do arquipélago do Marajó (região de tipo wall, sem delizamento); 6- Secção de simétrica do rio(região tipo symmetry); 7-Ponto de controle localizado no posto de capitação de água da Cidade; 8-Rios Matapi, a cima, e vila nova em baixo são regiões de entrada e saída de fluxo (tipo opening). 9- ponto de emissão de poluente; 10 – Ilha de Santana(wall sem deslizamento) Figura 8: Ambiente gráfico do CFX – Pré - os pontos vermelhos são fontes de emissão de poluentes .

11 Materiais e Métodos Processamento: cfx-solver
Conferência Científica Internacional LBA/GEOMA/PPBio: Amazônia em Perspectiva: Ciência Integrada para um Futuro Sustentável Materiais e Métodos Processamento: cfx-solver a b Erro = Equações de Navier – stokes Modelo SST (Híbrido do k-Epson e k-ômega) Métodos Numéricos Figura-9: Ambiente gráfico CFX - Solver, gráfico de convergência de erros, estes para uma boa simulação devem convergir a baixo de 10 e-04.

12 Resultados: Pós-processamento (cfx-post)
Conferência Científica Internacional LBA/GEOMA/PPBio: Amazônia em Perspectiva: Ciência Integrada para um Futuro Sustentável Resultados: Pós-processamento (cfx-post) Figura-10: Campos de velocidade e dispersão de poluentes no escoamento natural – Orla de Macapá e Santana. Representação de uma ciclo de maré semi-diurna.

13 Resultados : Monitoramento em um Ponto de Controle
Conferência Científica Internacional LBA/GEOMA/PPBio: Amazônia em Perspectiva: Ciência Integrada para um Futuro Sustentável Resultados : Monitoramento em um Ponto de Controle Na Figura 11: distribuição da concentração dos poluentes no posto de captação da CAESA, ao longo de uma maré semidiurna de 13 h. Observou-se que o pico de concentração de poluente variou entre os intervalos de tempo de t = 6h à t = 12h após o início da maré vazante (t =0). Isto significa que durante 6h o posto de captação pode bombear para a ETA uma quantidade de água com mais alta concentração de poluentes. Figura 11: Distribuição de concentração de poluente no posto da CAESA (Δt = 13 h). As máximas concentrações são observadas entre 118 e 238 passos de tempos, um intervalo de 6 horas.

14 Posto de Captação de Água
Conferência Científica Internacional LBA/GEOMA/PPBio: Amazônia em Perspectiva: Ciência Integrada para um Futuro Sustentável Tabela2: Intervalo de maior concentração de poluentes Posto de Captação de Água Passo de Tempo Concentração(Kg/m³) 200 4.72E-05 201 4.64E-05 202 4.57E-05 203 4.50E-05 204 4.45E-05 205 4.42E-05 206 4.41E-05 207 208 4.46E-05 209 4.53E-05 210 4.61E-05 211 4.71E-05 212 4.83E-05 213 4.98E-05 214 5.17E-05 215 5.41E-05 216 5.68E-05 217 5.97E-05 218 6.27E-05 219 6.58E-05 220 6.87E-05 221 7.16E-05 222 7.41E-05 223 7.64E-05 224 7.83E-05 225 7.98E-05 226 8.08E-05 227 8.13E-05 228 8.12E-05 229 8.07E-05 230 7.96E-05 Figura-12: Momento de ocorrência do pico de concentração de poluente simulada no ponto de controle, no passo de tempo t = 681 min, ou 11, 35 h, nota-se pelo campo vetorial que a maré está enchendo.

15 Resultados: região de Santana
Conferência Científica Internacional LBA/GEOMA/PPBio: Amazônia em Perspectiva: Ciência Integrada para um Futuro Sustentável Resultados: região de Santana Região do porto de Santana Figura-13:Outra região monitorada foi a desembocadura do rio Matapi, devido a grande atividade econômica nesta região.

16 Conferência Científica Internacional LBA/GEOMA/PPBio: Amazônia em Perspectiva: Ciência Integrada para um Futuro Sustentável Conclusões As plumas poluentes alcançam, em média durante o ciclo de maré, uma distancia de aproximadamente 800 m a frente da margem da cidade de Macapá, sendo que o posto de capitação está a 500 m. As plumas oriundas de Santana se dispersam ao longo da margem da zona estuarina, e retornam com o refluxo da maré, visto que as margens que sofrem impacto são regiões de grande atividade humana, como a praia da fazendinha e o igarapé da Fortaleza. Estas plumas tendem a permanecer região entre a ilha de Santana e o litoral da cidade de Santana. Logo nota-se a influência que a ilha de Santana tem na hidrodinâmica do rio nesta região. A partir de dados de qualidade da água, que serão coletados no posto de capitação da CAESA, poderá ser feita uma comparação do cenário criado pelo modelo com o cenário real. Com o modelo devidamente calibrado, podemos modelar diversos cenários, seja a poluição pelos esgotos lançados no rio, a eventos extremos de derrames de combustíveis nesta região, e assim auxiliar a gestão pública com relação à melhoria da disposição destes resíduos e esgotamentos sanitários não tratados.

17 Conferência Científica Internacional LBA/GEOMA/PPBio: Amazônia em Perspectiva: Ciência Integrada para um Futuro Sustentável Referências Cunha, A. C, et. al. “Estudo numérico do escoamento superficial na foz do Rio Matapi – costa interna estuarine do Amapá”. In: Proceedings of the 11th Brazilian Congress of Thermal Sciences and Engineering – ENCIT, paper CIT Braz. Soc. of Mechanical Sciences and Engineering -- ABCM, Curitiba, Brazil, Dec. 5-8, 2006. Cunha, A. C, et. al. “Estudo experimental e numérico da dispersão de poluentes sob efeito de marés na foz do rio matapi - distrito industrial de santana – ap” In: Funcionamento de Ecossistemas Costeiros . Ecolab Cunha, A. C, Cunha, H. F. A. e Siqueira, E. Q. Diffuse Pollution Survey in Rivers of Southeast of Amapá State – Brazil. In: 5th International Conference on Diffuse/Nonpoint Pollution and Watershed. Management, Milwaukee, Wisconsin, Proceedings, EUA, June, CD-ROM. 2001a. Faculdade de Tecnologia da Unb (FT). Treinamento Utilização dos softwares: tecdig, solidworks, Ansys workbench e CFX 11.0, LEA-UNB, Brasília - DF. Julho de 2008. Pinheiro, L. A. R. e Cunha, A. C. “Desenvolvimento de Modelos Numéricos Aplicados à Dispersão de Poluentes na Água sob Influência de Marés Próximas de Macapá e Santana-AP ”. Relatório de Iniciação Científica, SETEC, Macapá – AP.2008. Pinheiro. L. A. R. et. al. “Simulação Computacional Aplicada à Dispersão de Poluentes e Analises de Riscos à Captação de Água na Orla de Macapá-AP”. Pesquisa & Iniciação Científica Amapá, Macapá, v.1, n. 4, p , 2º semestre

18 Resultados: Vídeo do Escoamento em Um Ciclo de Maré Semi-diurna.
Conferência Científica Internacional LBA/GEOMA/PPBio: Amazônia em Perspectiva: Ciência Integrada para um Futuro Sustentável Resultados: Vídeo do Escoamento em Um Ciclo de Maré Semi-diurna.

19 Agradecimentos Especialmente a Carla Projeto REMETAP Projeto UNIVERSAL
Conferência Científica Internacional LBA/GEOMA/PPBio: Amazônia em Perspectiva: Ciência Integrada para um Futuro Sustentável Agradecimentos Projeto REMETAP Projeto UNIVERSAL Projeto REMAM UNIFAP/PPGBIO SETEC LEA-UNB AMIGOS DO NHMET Especialmente a Carla