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QUALIDADE DA ÁGUA SUPERFICIAL DEFINIÇÃO DE ÁREAS DE RISCO

2º Workshop do Projeto POCTEP Águeda9 de Novembro de 2012

Instituto Politécnico de Castelo Branco

DEFINIÇÃO DE ÁREAS DE RISCO

� Sandrina Ol ive ira, Teresa A lbuquerque, Margar ida Antunes, Fát ima Seco, Natá l ia Roque

��ModelaçãoModelação dada qualidadequalidade dasdas águaságuas superficiaissuperficiais ––aplicaçãoaplicação dodo ModeloModelo numériconumérico QualQual22KwKw

�� PlanoPlano dede amostragemamostragem –– 11ªª ee 22ªª campanhascampanhas

�� AtributosAtributos dede entradaentrada nono modelomodelo�� AtributosAtributos dede entradaentrada nono modelomodelo

�� ResultadosResultados obtidosobtidos

�� CríticaCrítica dosdos resultadosresultados ee conclusõesconclusões

��DesenvolvimentosDesenvolvimentos ee trabalhostrabalhos futurosfuturos2Oliveira S, Albuquerque MTD, Antunes IMHR, Seco F, Roque N

� Princípios básicos do modelo numérico implementado no

QUAL2KW

1 - Modelo numérico que permite simular a evolução daqualidade de água num curso de água espacial equalidade de água num curso de água espacial etemporalmente

2 - Este modelo foi desenvolvido por Steve Chapra, GregPelletier e Hua Tao, no Departamento de Engenharia Civil eAmbiental da Universidade Tufts (EUA) e é distribuídogratuitamente pelo EPA (United States Environmental ProtectionAgency)

3Oliveira S, Albuquerque MTD, Antunes IMHR, Seco F, Roque N

3 - Suporte:

- O interface gráfico é acessível pois está implementado numafolha de cálculo do software Microsoft Excel.

- Permite: desenhar o sistema a modelar definindo a sua forma- Permite: desenhar o sistema a modelar definindo a sua formafísica e as condições iniciais, tais como, valores de entrada,e de saída, do sistema, bem como as condições naturais.

- Permite igualmente interpretar os resultados graficamente enumericamente.

4 - O algoritmo numérico é programado em Fortran 90 .


� Parâmetros utilizados na calibração do modelo a vermelho. A negro atributos admitidos pelo modelo mas não introduzidos:

� 1 -Temperatura;

� 2 – Condutividade Elétrica;

� 3 - Oxigénio Dissolvido (OD); 3 - Oxigénio Dissolvido (OD);

� Sólidos Suspensos Totais (SST);

� 4 - CBOrápido; CBOlento;

� Fósforo orgânico e inorgânico;

� Azoto total (Ntot);

� 5 - Nitratos e Nitritos;

� Coliformes fecais;

� CQO;

� Alcalinidade;

� 6 - pH5

Oliveira S, Albuquerque MTD, Antunes IMHR, Seco F, Roque N

� MODELAÇÃO

� O curso de água foi segmentado admitindo característicasconstantes para todos os troços (inclinação do talude, largurado fundo, rugosidade do canal, etc.).do fundo, rugosidade do canal, etc.).

� Os troços foram numerados por ordem crescente sendo que oprimeiro começa no ponto mais alto do rio (montante).

� Os tributários considerados, surgem no modelo comocontribuições tópicas para o sistema global.


Tendo em consideração trabalhos realizados,

consideraram-se troços com cerca de 2,5km

O rio Águeda foi seccionado em 59 troços, desde Navasfrías até

Barca d’AlvaBarca d’Alva

Figura 1 – Bacia do Rio ÁguedaFigura 2 – Esquema de segmentação. Entradas e pontos de monitorização (a vermelho)


1100

1200

1300

1400

1500

1600

1700

1800

Curva Hipsométrica

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

0,00% 10,00% 20,00% 30,00% 40,00% 50,00% 60,00% 70,00% 80,00% 90,00% 100,00%

Co

ta [m

]

Área da bacia acima da cota

Figura 3 – Curva Hipsométrica da bacia do rio Águeda


600

800

1000

Perfil Longitudinal - Rio Águeda

0

200

400

600

0 20.000 40.000 60.000 80.000 100.000 120.000 140.000

Figura 4 – Perfil longitudinal do rio Águeda


� AMOSTRAGEM

1ª Campanha – Out. 2011 2ª Campanha – Maio 2012

Figura 5 – Pontos de amostragem10


Para a calibração do modelo numéricofoi utilizada, exclusivamente a segundacampanha.

Na verdade, a falta de pontos recolhidosNa verdade, a falta de pontos recolhidosdurante a primeira campanha,nomeadamente ao longo dostributários, não permitiu uma calibraçãoaceitável do modelo simulado.

Figura 6 – Pontos de amostragem 11Oliveira S, Albuquerque MTD, Antunes IMHR, Seco F, Roque N

� INPUT’s QUAL2KW QUAL2KHeadwaterReachReach RatesInitial Conditions Air TemperatureDew Point TemperatureWind SpeedWind SpeedCloud CoverShadeSolarLight and HeatPoint SourcesDiffuse SourcesRatesFitnessTemperature DataWQ Data

Figura 7– Input do Qual2Kw 12Oliveira S, Albuquerque MTD, Antunes IMHR, Seco F, Roque N

QUAL2K

Os Parâmetros foram seleccionados tendo

em consideração indicações da indicações da bibliografia e

trabalhos realizados

Figura 8 – Parâmetros do rio Águeda inseridos no Qual2Kw 13Oliveira S, Albuquerque MTD, Antunes IMHR, Seco F, Roque N

HEADWATER

Dados da Nascente

* Caudal (estimativa)

* Parâmetros de Qualidade da Água

medidos in-situ e em laboratório (Ponto A00)

Figura 9 – Resultados do rio Águeda utilizados no Qual2Kw14


REACH

Figura 10 – Resultados obtidos no Qual2Kw15


REACHAtributos a introduzir na simulação:

exemplo de cálculos por aproximação I

Figura 11 - Cálculo da largura dos canais a partir de fotointerpretação, tendo por base os ortofotomapas.


REACH RATES

INICIAL CONDITION

Figura 12 – Qual2Kw - Dados opcionais (campos não preenchidos) 17


A partir de informação recolhida nosite do Min. Agricultura Alimetación eMedio Ambiente – Espanha, obteve-seuma série de raster mensais relativos

Atributos a introduzir na simulação: exemplo de cálculos por aproximação II

uma série de raster mensais relativosà T do mês de Maio, para os anos de2000 a 2010.Com auxílio de software SIG, gerou-seum raster médio da temperaturamensal do mês de Maio (2000-2010).Retirou-se a T no ponto médio de cadatroço do modelo.

Figura 13– Introdução dos valores das temperaturas médias


Figura 14 – Raster das temperaturas médias19


DEW POINT TEMPERATURE

A temperatura de ponto deorvalho é dependente da T do ar(T) e da humidade relativa (H).Pode ser obtida através daseguinte fórmula:

Figura 15 – Valores da temperatura do ponto de orvalho

T – Determinada anteriormente

H – Obtido através da consultado site de meteorologia deespanha (www.aemet.pt) eusando o valor médio do mês deOutubro 2011, na estação deSalamanca


WIND SPEED

Também obtido através daconsulta do site meteorologiade Espanha www.aemet.pt.

E usando o valor médio domês de Outubro 2011, naestação de Salamanca

Figura 16 – Velocidade do vento


CLOUD COVER – Densidade de nuvens

Atributos adaptados da bibliografia

SHADE –Índice de Sombra

SOLAR –Índice de Insolação

LIGHT AND HEAT – Índices de luz e calor


POINT SOURCES

Tributários

Dados disponíveis introduzidos: Caudal; Temperatura; CondutividadeElétrica; Oxigénio Dissolvido; Fast CBOD; Nitratos; Nitritos; pH.

Figura 17–Dados disponíveis introduzidos 23

Oliveira S, Albuquerque MTD, Antunes IMHR, Seco F, Roque N Figura 18 – Sub-bacias da bacia do rio Águeda 24


0,90

CAUDAL

A estimativa do caudal para cada

tributário foi obtido através da média

mensal do mês de Maio (série de 1941-

2006), retirando os anos anómalos

0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0,60

0,70

0,80

0,90

Figura 19 – Massa de água para os tributários do rio Águeda - Estimativa dos respetivos caudais para cada massa de água. 25Oliveira S, Albuquerque MTD, Antunes IMHR, Seco F, Roque N

DIFUSE SOURCES

Figura 20– Consideração de fontes difusas no caudal


Dados Observados

Dados Simulados

Diferença quadrática entre o 2 valores

Ponderação dos parâmetros

Figura 21– Fitness/Calibração do Modelo 27Oliveira S, Albuquerque MTD, Antunes IMHR, Seco F, Roque N

8,00

10,00

12,00

14,00

Cau

dal

(m3 /

s)

ÁGUEDA - 2ª Campanha (5/2012)

0,00

2,00

4,00

6,00

020406080100120140

Cau

dal

(m

distancia à jusante (Km)

Q, m3/s

Figura 22 – Curva simulada para o caudal (não existem medições reais).28


15

20

25

30

Tem

per

atu

ra (º

C)


0

5

10

020406080100120140

Tem

per

atu

ra (º

C)


Temp(C) Average Mean Temp-data Temp(C) Minimum

Temp(C) Maximum Minimum Temp-data Maximum Temp-data

A15

Figura 23 – Curva simulada para a temperatura.29



Figura 24 – Localização dos valores anómalos para a temperatura (Rivera Azaba)


200

250

300

350

400

450

con

du

ctiv

idad

e (µ

S/c

m)


0

50

100

150

200

020406080100120140

con

du

ctiv

idad

e (µ

S/c

m)


cond (umhos) Cond (umhos) data cond (umhos) Min

cond (umhos) Max Minimum cond-data Maximum cond-data

A20

Figura 25 – Curva simulada para a condutividade elétrica.


Figura 26 – Localização do valor anómalo para a condutividade elétrica.


8

10

12o

xig

énio

dis

solv

ido

(m

g/L

)


0

2

4

6

020406080100120140

oxi

gén

io d

isso

lvid

o (

mg

/L)


DO(mgO2/L) DO (mgO2/L) data DO(mgO2/L) Min DO(mgO2/L) Max

Minimum DO-data Maximum DO-data DO sat

A20

Figura 27 –Curva simulada para o oxigénio dissolvido.


800

1000

1200

1400

1600

nit

rato

s +

nit

rito

s (µ

gN

/L)


A13

0

200

400

600

800

020406080100120140

nit

rato

s +

nit

rito

s (µ

gN

/L)


NO3 (ugN/L) data NO3(ugN/L) NO3(ugN/L) Min

NO3(ugN/L) Max Minimum NO3-data Maximum NO3-data

Figura 28 –Curva simulada para os nitratos e nitritos.


Figura 29 – Localização do valor anómalo para o oxigénio

dissolvido, nitratos e nitritos.35


6,0

8,0

10,0

12,0

14,0


0,0

2,0

4,0

6,0

020406080100120140

distance upstream (Km)

pH pH data pH Min pH Max

Figura 30 – Curva simulada para o pH.


60

80

100

120C

BO

Dfa

st (

mg

/L)

ÁGUEDA - 2ª Campanha (5/2012))

0

20

40

020406080100120140

CB

OD

fast

(m

g/L

)


CBODf (mgO2/L) CBODf (mgO2/L) data CBODf (mgO2/L) Min CBODf (mgO2/L) Max

Figura 31 –Curva simulada para o CBODfast.


� Crítica dos Resultados e Conclusões

� 1 – A primeira campanha não permitiu calibrar o modelo deforma aceitável, por deficiente malha de amostragem;

� 2 - Para uma modelação da qualidade da água do rio Águeda eseus tributários torna-se necessário monitorizar e medirparâmetros tais como o fósforo e o azoto, em campanhasparâmetros tais como o fósforo e o azoto, em campanhasfuturas;

� 3 – A segunda campanha mostra uma calibração do modelomuito satisfatória, permitindo localizar pontos anómalos emzonas de alta vulnerabilidade;

� 4 – As zonas de maior risco, parecem coincidentes com acontaminação no interior de zonas de alta vulnerabilidade elocalizam-se preferencialmente na zona central. Nesta zonaocorre o aquífero Terciário e os maiores aglomerados urbanos.


�CONSIDERAÇÕES FUTURAS

� De forma a melhorar o modelo desenvolvido, torna-se necessário:

- 1 – Obter valores para o Azoto total (Ntot) e Fósforo total (Ptot),em toda a rede de monitorização;em toda a rede de monitorização;

- 2 – Incluir na rede de monitorização, os pontos localizados amontante (ponto de controle) e a jusante das Estações deTratamento de Águas residuais (ETAR’s);

- 3 – Incluir no modelo, variáveis hidráulicas determinadas “in-situ”,tais como: Caudais, Profundidade …;

- 4 - Melhorar a calibração do modelo variando os fatores deponderação dos vários parâmetros.


ii-qualidade da gua reas de riscorepositorio.ipcb.pt/bitstream/10400.11/1538/1/ii... · 3 – a...

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