Carlos Ruberto Fragoso Júnior

Apresentação em tema: "Carlos Ruberto Fragoso Júnior"— Transcrição da apresentação:

1 Carlos Ruberto Fragoso Júnior
Revisão Prática dos Módulos 1, 2 e 3 Introdução aos Estuários Circulação de Água Processos de Transporte Carlos Ruberto Fragoso Júnior 11:11

2 Sumário Revisão Prática Introdução aos Sistemas Estuarinos
Circulação das Águas Processos 11:11

3 Introdução aos Sistemas Estuarinos
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4 Condutividade para salinidade
Utilizar trabalho prático! A definição de “estuário”, na sua plenitude, é uma tarefa morosa e complicada, devido à vasta informação que se pode incluir acerca do assunto. Das várias definições propostas (Pritchard, 1967; Barnes, 1974; Fairbridge, 1981; Biggs & Cronin, 1981; Odum, 1988 e 2001, Day et al., 1989; Visser & Kamp-Nielsen, 1996; Little, 2000; Nybakken, 2001), pode-se, resumidamente, descrever “estuário” como um corpo de água parcialmente fechado situado na parte terminal de uma bacia hidrográfica, onde a água salgada marinha se mistura com a água doce fluvial. A riqueza dos habitats estuarinos reside no facto de sofrerem a influência por parte de dois sistemas, por um lado recebem nutrientes e sedimentos erodidos (que são arrastados e depositados) por parte de um rio, por outro, são renovados com água salgada vinda do mar, imprimindo uma dinâmica físico-química particular. Cada estuário é único, e está submetido a um conjunto complexo de factores físicos e químicos (tais como o volume de água transportado pelo rio, o ciclo das marés, a geologia local, a taxa de deposição de sedimentos, a etc.). No entanto, os estuários são caracterizados por águas calmas, com muitas partículas em suspensão, e pela marcante flutuação na temperatura, salinidade e concentração de oxigénio dissolvido. A figura 1 mostra a distribuição geográfica dos estuários a nível mundial. 11:11 4

5 Condutividade para salinidade
Utilizar trabalho prático! A definição de “estuário”, na sua plenitude, é uma tarefa morosa e complicada, devido à vasta informação que se pode incluir acerca do assunto. Das várias definições propostas (Pritchard, 1967; Barnes, 1974; Fairbridge, 1981; Biggs & Cronin, 1981; Odum, 1988 e 2001, Day et al., 1989; Visser & Kamp-Nielsen, 1996; Little, 2000; Nybakken, 2001), pode-se, resumidamente, descrever “estuário” como um corpo de água parcialmente fechado situado na parte terminal de uma bacia hidrográfica, onde a água salgada marinha se mistura com a água doce fluvial. A riqueza dos habitats estuarinos reside no facto de sofrerem a influência por parte de dois sistemas, por um lado recebem nutrientes e sedimentos erodidos (que são arrastados e depositados) por parte de um rio, por outro, são renovados com água salgada vinda do mar, imprimindo uma dinâmica físico-química particular. Cada estuário é único, e está submetido a um conjunto complexo de factores físicos e químicos (tais como o volume de água transportado pelo rio, o ciclo das marés, a geologia local, a taxa de deposição de sedimentos, a etc.). No entanto, os estuários são caracterizados por águas calmas, com muitas partículas em suspensão, e pela marcante flutuação na temperatura, salinidade e concentração de oxigénio dissolvido. A figura 1 mostra a distribuição geográfica dos estuários a nível mundial. 11:11 5

6 Circulação das Águas no Estuário
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7 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, rad.s-1); e l é a latitude. 11:11

8 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/s Comprimento do lago: 36 km 11:11

9 Fetch Em português às vezes usa-se “pista” como tradução de fetch.
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11 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 11:11

12 Impacto das ondas no fundo do lago
Se prof<L/2 movimento da água atinge o fundo Caso contrário, ondas não afetam o fundo 11:11

13 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 11:11

14 Estratificação de densidade
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. 11:11

15 Equação de estado da água do mar
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16 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. 11:11

17 Introdução aos Sistemas Estuarinos
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18 Concentração x Carga Concentração: Diluição:
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 = 1000mL Volume de efluente = 50ml S = 1000/50 = 20 i.e. realizou 20 diluições 11:11

19 1a Lei de Fick - Difusão 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 11:11

20 1a Lei de Fick - Dispersão
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 11:11

21 Coeficiente de dispersão longitudinal
Chapra (1997) cap. 14 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) 11:11

22 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: QA CA QR CR QF CF 11:11

23 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 11:11

24 CA = (Max permitido (3mg/l)) – Conc. Rio) x Vazão (m3/d)
Capacidade Assimilativa Para rios: Fórmula direta para cálculo da capacidade assimilativa CA = (Max permitido (3mg/l)) – Conc. Rio) x Vazão (m3/d) 11:11

25 Análise de Salinidade 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 11:11

26 Análise de Salinidade 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 Vf Sf Vr Se R = (Sf – Se)/(So-Se) OR R = [Se/(So-Se)]/(Vr/Vf) 11:11

27 Análise de Salinidade 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 11:11

28 Análise de Salinidade 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 11:11

29 Análise de Salinidade 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. 11:11

30 Análise de Salinidade Concentrações a montante e a jusante do lançamento (Material conservativo) Montante: Poluente diluído similar a diluição da salinidade MAR SALINIDADE So Concentração a montante em X: Cx = Cd(Sx/Sd) Sd Sx ‰ Ponto de lançamento - d X 11:11

31 Análise de Salinidade Concentrações a montante e a jusante do lançamento (Material conservativo) Jusante: Poluente diluído similar à água doce Índice de água doce = (So – Sx)/So 0 -> 1 MAR SALINIDADE So (So – Sx) Índice de água doce (So – Sd) ‰ Concentração a jusante em X: Cx = Cd(So-Sx)/(So-Sd) X Ponto de lançamento - d 11:11

32 Análise de Salinidade 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: MAR 0.1 mg/l 11:11

33 Tempo de Descarga e Residência
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 11:11

34 Eficiência da Descarga
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): Onde: VH = vol. do estuário na maré alta VL = vol. do estuário na maré baixa Eficiência de descarga: 11:11

35 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 11:11