Simulação hidrodinâmica e de qualidade da água em rios : impacto para os instrumentos de gestão de recursos hídricos

Orientador : Prof. Ph.D Cristovão V. S. FernandesCo-orientador : Prof. Dr. Eloy KaviskiDissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Recursos Hídricos e Ambiental. Defesa: Curitiba, 27/03/2015Inclui referênciasResumo: Modelos de qualidade de água têm sido utilizados como ferramenta na gestão de recursos hídricos de bacias hidrográficas em diversos países. Em bacias com processo de urbanização intensa, usualmente tem-se empregado modelos com hipótese de regime permanente, em que a variação temporal dos parâmetros envolvidos não é considerada. Por outro lado, devido à dinâmica desses ambientes, uma análise em estado não-permanente pode oferecer flexibilidade e uma distinta perspectiva para o gerenciamento dos sistemas, em especial quanto à aplicação dos instrumentos de gestão de recursos hídricos. Essa abordagem permite descrever o comportamento de corpos hídricos de forma criteriosa, e associar as questões de qualidade e quantidade de água. Esta pesquisa busca contribuir para esse entendimento no rio Iguaçu, localizado na Região Metropolitana de Curitiba, e indicar quais os possíveis impactos de uma mudança de modelagem permanente para não-permanente como forma de gerir os usos da água. Para atingir esses objetivos foi desenvolvido um modelo de qualidade de água em regime transiente (SIHQUAL), através de métodos de diferenças finitas explícitas para solução das equações de Saint-Venant e de transporte. As simulações foram realizadas para as variáveis demanda bioquímica de oxigênio (DBO) e oxigênio dissolvido (OD), utilizados como parâmetros para indicar a qualidade ambiental do sistema. Os resultados do modelo transiente foram comparados com os do permanente, através do conceito de curva de permanência para qualidade de água. Foi observado que as duas abordagens podem diferir, por exemplo, em relação à classificação de enquadramento do trecho analisado. No desenvolvimento dos modelos ainda destacou-se a diferença de calibração para os parâmetros cinéticos. Em condições de estado estacionário, determinado conjunto de coeficientes de reação pode sobrepor os reais efeitos da advecção sobre a distribuição de poluentes no canal. As simulações hidrodinâmicas para qualidade de água ainda chamam atenção aos planos atuais de monitoramento do rio Iguaçu, que devem contemplar as variações de concentração ao longo do tempo. Palavras-chave: Modelo de qualidade de água. Equações de Saint-Venant. Gestão de recursos hídricos. Rio Iguaçu.Abstract: Water quality models have been used as a tool for water resources management in watersheds in many countries. In highly urbanized basins, usually the steady state hypothesis, wherein the temporal variability of the parameters involved is not considered, has been considered as the main basis for modeling approach. On the other hand, due to the dynamics of these environments, an unsteady state analysis can offer flexibility and a different perspective to the management in the basin, especially regarding the implementation of water resources management tools. This approach allows one to describe the water bodies behavior carefully, and link water quality and quantity specific issues. This research aims to contribute to this understanding on the Iguaçu river, located in the Metropolitan Region of Curitiba, and indicate the possible impacts of a change from steady regime modeling to unsteady as a way to manage the water uses. To achieve these goals it was developed a water quality model considering unsteady state analysis (SIHQUAL), through explicit finite difference methods for the solution of the Saint-Venant and the transport equations. The simulations were performed for biochemical oxygen demand (BOD) and dissolved oxygen (DO), used as parameters to indicate the environmental quality of the system. The results of the transient model were compared with those of the steady state analysis, through the concept of frequency curve for water quality. It was observed that the two approaches may produce different results, for example, in terms of the classification framework for the analyzed reach. In the development of the models it was also highlighted the calibration difference to the kinetic parameters. Under stationary state conditions, a given set of reaction coefficients can overlay the actual effect of advection over the distribution of pollutants in the channel. The hydrodynamic simulations for water quality also call attention to the monitoring plans of the Iguaçu river, that should include changes of concentration over time. Key-words: Water quality model. Saint-Venant equations. Water resources management. Iguaçu river