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ORCID:  http://orcid.org/0000-0001-5877-4277
Document type: Dissertação
Access type: Acesso Aberto
Title: Modelagem da qualidade de água no rio São Marcos, situado na bacia hidrográfica do Alto Paraná
Alternate title (s): Water quality modelling in rio São Marcos, located in the Alto Paraná watershed
Author: Cunha, Barcelos Nathália
First Advisor: Salla, Márcio Ricardo
First member of the Committee: Gonçalves, Julio Cesar de Souza Inácio
Second member of the Committee: Morais, Ismarley Lage Horta
Summary: Os principais conflitos hídricos no Brasil estão direcionados nas regiões áridos, regiões industrializadas com elevada densidade populacional e regiões com elevadas demandas para irrigação e potencial hidrelétrico simultâneos. Estes problemas hídricos ficaram mais evidentes nas últimas décadas, o que impulsou a reestruturação organizacional e operacional dos órgãos públicos e privados nesta área de conhecimento, com consequente surgimento de ferramentas computacionais que atuam como sistema suporte a decisão em recursos hídricos em escala de bacia hidrográfica. Com o foco nas bacias hidrográficas que apresentam conflitos entre o setor agrícola e o hidrelétrico, além da necessidade da otimização hídrica quantitativa, uma gestão eficiente carece também da avaliação dos impactos qualitativos causados pelo lançamento progressivo de defensivos agrícolas e fertilizantes nos reservatórios de acumulação. A bacia hidrográfica do rio São Marcos, localizada no alto Paraná entre os estados de Goiás e Minas Gerais e o Distrito Federal, apresenta conflito hídrico de grande relevância entre o setor hidrelétrico e o setor agrícola, agravado nos últimos anos pelas operações em cascata das centrais hidrelétricas de Batalha (potencial de 52,5 MW) e Serra do Facão (potencial de 210 MW), associado à crescente demanda para irrigação (total outorgado de 65,7 hm3/mês em 2018). O objetivo principal deste estudo de mestrado foi avaliar a carga máxima afluente de amônia, nitrato e fósforo total que os reservatórios de acumulação de Batalha e Serra do Facão suportam para ainda se enquadrar aos limites definidos na Resolução Conama 357:2005. Para isso, inicialmente foi calibrado um modelo de qualidade da água ao longo do rio são Marcos a partir da ferramenta computacional AQUATOOL, a qual engloba os módulos de quantidade de água (SIMGES) e de qualidade da água (GESCAL). Devido ao enchimento do reservatório de Batalha, o período das simulações foi de outubro de 2014 a setembro de 2017. A calibração do modelo forneceu bom ajuste entre as simulações e os dados medidos (para os parâmetros OD, DBO, nitrogênio orgânico, amônia, nitrato e fósforo total) em 4 postos de monitoramento ao longo do rio São Marcos. Por meio do método fatorial, a análise de sensibilidade ± 10% dos coeficientes físicos e de reações bioquímicas calibrados mostrou que apenas os coeficientes de aeração natural ka, de degradação da matéria orgânica carbonácea kd, da conversão de amônia a nitrato KNai e da velocidade de sedimentação VSL foram sensíveis, ocasionando variações médias longitudinais de 20% para OD, 30% para DBO e 30% para nitrato. A análise de sensibilidade dos parâmetros de qualidade da água incialmente estimados em todos os tributários pontuais e difusos mostrou a importância do frequente monitoramento de qualidade da água, uma vez que a oscilação de ± 100% dos parâmetros causou uma variação média de -3,65% para OD, 26,85% para DBO, 16,37% para nitrogênio orgânico, 22,17% para amônia, 26,17% para nitrato e 15,65% para fósforo total. Por fim, a fim de evitar o processo de eutrofização, para garantir os padrões de qualidade da água deliberados pela resolução CONAMA 357/2005 para a classe 2 no ambiente lêntico, os cenários mostram uma capacidade máxima de aporte de 0,029 ton/km2.mês de amônia, 0,095 ton/km2.mês de nitrato e 2,09 kg/km2.mês de fósforo total nas sub-bacias de contribuição do reservatório de batalha e de 0,199 ton/km2.mês de amônia, 0,538 ton/km2.mês de nitrato e 3,23 kg/km2.mês para fósforo total nas sub-bacias de contribuição do reservatório de Serra do Facão, todas a jusante do reservatório de Batalha. De uma forma geral, o estudo contribui para o planejamento de uso e ocupação do solo na bacia hidrográfica do rio São Marcos.
Abstract: The main water conflicts in Brazil are directed in the arid regions, industrialized regions with high population density and regions with high demands for irrigation and hydroelectric potential simultaneously. These water problems have become more evident in the last decades, which led to the organizational and operational restructuring of public and private entities in this area of knowledge, with the consequent emergence of computational tools that act as a decision support system for hydrological resources on a hydrographic basin scale. With the focus on hydrographic basins that present conflicts between the agricultural and hydroelectric sectors, in addition to the need for quantitative water optimization, efficient management also needs to be assessed by the qualitative impacts caused by the progressive introduction of pesticides and fertilizers in the accumulation reservoirs. The water catchment area of the São Marcos river, located in upper Paraná between the states of Goiás and Minas Gerais and the Federal District, presents a water conflict of great relevance between the hydroelectric sector and the agricultural sector, aggravated in recent years by the cascade operations of power plants (potential of 52.5 MW) and Serra do Facão (potential of 210 MW), coupled with the growing demand for irrigation (total grant of 65.7 hm3 / month in 2018). The main objective of this master's study was to evaluate the maximum inflow of organic nitrogen, ammonia and total phosphorus that the Batalha and Serra do Facão accumulation reservoirs support to still comply with the limits defined in Conama Resolution 357: 2005. For this, a water quality model was first calibrated along the São Marcos river from the computational tool AQUATOOL, which includes the water quantity (SIMGES) and water quality (GESCAL) modules. The calibration of the model provided a good fit between the simulations and the measured data (for OD, BOD, organic nitrogen, ammonia, nitrate and total phosphorus) in 4 monitoring stations along the São Marcos river. By means of the factorial method, the sensitivity analysis ± 10% of the physical coefficients and calibrated biochemical reactions showed that only the natural aeration coefficients Ka, the degradation of carbonaceous organic matter kd, the conversion of ammonia to KNai nitrate and the rate of VSL sedimentation were sensitive, causing mean longitudinal variations of 20% for OD, 30% for BOD and 30% for nitrate. The sensitivity analysis of the water quality parameters initially estimated in all point and diffuse tributaries showed the importance of frequent monitoring of water quality, since the oscillation of ± 100% of the parameters caused an average variation of -3.65 % for OD, 26.85% for BOD, 16.37% for organic nitrogen, 22.17% for ammonia, 26.17% for nitrate and 15.65% for total phosphorus. Finally, in order to avoid the eutrophication process, in order to guarantee the water quality standards deliberated by CONAMA Resolution 357/2005 for class 2 in the lentic environment, the scenarios show a maximum capacity of 0.029 ton/km2.month of ammonia, 0.095 ton/km2.month nitrate and 2.09 kg/km2.month of total phosphorus in the battle reservoir contribution sub-basins and 0.19 ton/km2.month ammonia, 0.538 ton/km2.month of nitrate and 3.23 ton/km2.month for total phosphorus in the contribution sub-basins of Serra do Facão reservoir, all downstream of the Batalha reservoir. In general, the study contributes to the planning of land use and occupation in the São Marcos river basin.
Keywords: Rio São Marcos
Qualidade de água
Modelo de qualidade de água
calibração
análise de sensibilidade
AQUATOOL
Engenharia civil
água - qualidade
Bacia do Alto Paraná
Area (s) of CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA CIVIL::ENGENHARIA HIDRAULICA::HIDROLOGIA
Language: por
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Uberlândia
Program: Programa de Pós-graduação em Engenharia Civil
Quote: CUNHA, Nathália Barcelos. Modelagem da qualidade de água no rio São Marcos, situado na bacia hidrográfica do Alto Paraná. 111 p. Dissertação de Mestrado, Faculdade de Engenharia Civil, Universidade Federal de Uberlândia, 2019. Disponível em http://dx.doi.org/10.14393/ufu.di.2019.49
Document identifier: http://dx.doi.org/10.14393/ufu.di.2019.49
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/26263
Date of defense: 21-Jan-2019
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