Sistema de alerta ambiental fundamentado em estudo teórico- experimental de transporte e dispersão de poluentes solúveis em cursos d água | Environmental alert system based on theoretical-experimental study of transport and dispersion of soluble pollutants in water flow

Informações sobre a capacidade de transporte e dispersão de poluentes solúveis em cursos d água naturais são importantes no gerenciamento dos recursos hídricos, principalmente no planejamento preventivo de medidas que visem minimizar problemas ocasionados por despejos acidentais ou intencionais à saúde pública e às atividades econômicas que dependem do uso da água. Um dos parâmetros mais importantes em modelos unidimensionais de qualidade de água é o coeficiente de dispersão longitudinal. A complexidade e diversidade dos escoamentos naturais, impedem uma aproximação meramente teórica, tornando-se necessário determinar in situ os parâmetros que traduzam as características inerentes de cada corpo d água. Ensaios com traçadores são formas adequadas de determinação do coeficiente de dispersão longitudinal. Eles possibilitam simular de modo fidedigno e preciso, o movimento e a dispersão do soluto, levando implicitamente em consideração todas as particularidades e características locais de transporte e dispersão do escoamento. Considerando tal importância, este estudo teve como objetivos: a) determinar o coeficiente de dispersão longitudinal no Rio Pomba utilizando técnicas de traçadores e um modelo fickiano; b) desenvolver uma equação para estimar o coeficiente de dispersão longitudinal com base em resultados experimentais de campo utilizando técnicas de traçadores fluorescentes e comparar seus resultados com os obtidos por outros modelos já existentes; e c) desenvolver um sistema de alerta para contaminação de rios, visando prever os efeitos de um lançamento de efluente, em seções situadas a jusante do local de despejo. Neste sentido, foram realizados dois ensaios de campo com uso dos traçadores fluorescentes Uranina ou Fluoresceína Sódica (Acid Yellow 73, Color Index 45350) e Amidorodamina G Extra (Acid Red 52, color index 45220) para avaliar a capacidade de transporte e dispersão de poluentes solúveis no Rio Pomba, em um trecho de 36 km entre as cidades de Astolfo Dutra e Cataguases. O modelo fickiano de Taylor, também conhecido como método do ajuste, foi utilizado para determinar o coeficiente de transporte longitudinal (DL), a partir dos resultados obtidos por técnicas de traçadores. A equação para predição do DL foi deduzida utilizando análise dimensional (Teorema de Buckingham) e ajustada aos dados de campo por meio de regressão linear múltipla. No desenvolvimento do sistema foram implementados o método do ajuste (modelo de Taylor), da convolução e fórmulas empíricas de predição do DL, com objetivo de avaliar o tempo de chegada e passagem da nuvem de um poluente conservativo, injetado de modo instantâneo ou contínuo, em uma seção a jusante do despejo. Os resultados obtidos nos dois experimentos de campo realizados no Rio Pomba, com uso de traçadores fluorescentes, mostraram-se bastante próximos, com valores de DL e velocidade (U), calculados pelo modelo de Taylor, variando de 18,3 a 33,0 m2/s e 0,37 a 0,46 m/s, respectivamente. No desenvolvimento da equação de predição do DL, a qualidade do ajuste dos parâmetros adimensionais obtidos pela análise dimensional aos resultados experimentais de campo foi medida pelo coeficiente de determinação (r2 = 0,85) e pela aplicação do teste F, ao nível de 5% de significância. A equação desenvolvida neste estudo apresentou-se mais precisa na predição do DL, quando comparado a outras 12 equações propostas na literatura, utilizando o índice de desempenho como método comparativo, onde a melhor precisão é aquela que mais se aproxima de 1. A equação proposta apresentou precisão igual a 0,60, enquanto que nas demais fórmulas este valor ficou abaixo de 0,27. O sistema desenvolvido mostrou-se adequado para avaliar o transporte e dispersão de poluentes em cursos d água naturais, a partir de um despejo instantâneo ou contínuo de poluentes solúveis e conservativos.

Information about capacity of transport and dispersion of soluble pollutants in natural streams are important in the management of water resources, especially in the planning of preventive measures to minimize the problems caused by accidental or intentional waste, in public health and economic activities that depend on the use of water. One of the most important parameters in one-dimensional water quality models is the longitudinal dispersion coefficient. The complexity and diversity of natural streams, prevent an purely theoretical approximation, so is necessary to determine "in situ" parameters that reflect the intrinsic characteristics of water bodies. Assessment with tracers are recognized as a proper mean to determining the longitudinal dispersion coefficient. They are considered reliable and precise to simulate the transport and dispersion of a solute, once they taking implicitly into consideration all features and hydrodynamic local characteristics of transport and dispersion. Thus, this study had the following objectives: a) determine the longitudinal dispersion coefficient in Pomba River using tracers techniques and fickian model; b) develop an equation for predicting the longitudinal dispersion coefficient bases on experimental results using fluorescent tracers techniques and compare the results with others obtained for existent models; c) develop alert system for contamination of river, to aim for to predict the effects of wastewaters throwing, on sections localized after wastewater throwing . Therefore, two tests were performed using two fluorescent dye tracers: Uranina (Acid Yellow 73, "Color Index" 45,350) and Amidorodamina G (Acid Red 52, "color index" 45220) to assess the transport and dispersion characteristics of soluble conservative pollutants in Pomba River, the reach evaluated stretched along 36 km from Astolfo Dutra and Cataguases Cities. The fickian Taylor s model, also known as the adjustment method was used to determine the longitudinal dispersion coefficient (DL), from the results obtained by tracers techniques. The equation for predicting the DL was deduced using dimensional analysis (Buckingham s theorem), and adjusted the data to the technical field of multiple linear regression. The system was carried out take into consideration the adjustment method (Taylor s model), the convolution and empirical formulas for foreseeing DL, time travel curve resulted from instantaneous or continuous injection downstream from the injection point. Results of two field experiments performed in Pomba River, showed fairly close, with values of DL and U, calculated by the Taylor model, ranging from 18,3 to 33,0 m2/s and 0,37 to 0.46 m/s, respectively. In developing the equation for predicting the DL, the adjustment of parameters obtained by the dimensional analysis and the results from experimental field data was measured by the determination coefficient (r2 = 0.85) and the 5% of significance. The equation developed in this study demonstrate more accurate in prediction of the DL, when compared to 12 other equations proposed in the literature, using the index of performance as a comparative method, where the best accuracy is the one that most closely approximates to 1. The proposal equation submitted accuracy equal to 0,60, while in other formulas considered in this study that value was below 0,27. The system has developed to be appropriate to evaluate the transport and dispersion of pollutants in natural streams from a instantaneous or continuous soluble pollutants injection.

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