modelos – ferramenta de gestão - ufpr
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Modelos – Ferramenta de gestão
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Cidade
ETA ETEConcentração
crítica
C<CaModelo
Concentração admissível (Ca)
Controle
BaciaHidrográfica
Sim
Não
Rio
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Classificação dos modelos
Medição de dados
Conhecimento do processo
físico
Totalmente orientado a dados
Totalmente orientado a processos
Redes neurais
Modelos híbridos
Modelos numé-ricos com assi-
milação de dados
Modelos numéricos
determinísticos
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Modelos matemáticos de simulação
Modelo = Representação do sistema (parte da realidade)Simulação = “Imitação” do sistema modelado
Descrevem os processos físicos, químicos e biológicos que ocorrem no ecossistema aquático através de formulações matemáticas.
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Modelos existentes - hidrodinâmico
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Modelos existentes – qualidade da água
Processos considerados?
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Procedimentos de modelagem
Especificação do problema
Base teórica
Desenvolvi-mento de modelo
Seleção de modelo
existente
Aplicação preliminar
ValidaçãoAplicação
Série de dados Série de dados
Modelo calibrado
Modelo validado
Análise de sensibilidade
Calibração
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Discretização espacial
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UnidimensionalLongitudinalVertical
BidimensionalLongitudinal e TransversalLongitudinal e Vertical
Tridimensional
Zero-dimensional
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Tipos de malhas
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Ortogonal ou retilínea Não Ortogonal ou curvilínea
Estruturada Não Estruturada Multi-bloco
Fonte: Terabe, Ota e Friedrich (2004)
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Fonte: Terabe, Ota e Friedrich (2004)
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Malha: Reservatório de Fiú
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Exemplo: velocidade
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Exemplo: concentração
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Fonte: Jirka et al., 1996; Gudrun Hillebrand, 2003
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CORMIX: http://www.cormix.info/new.php Fonte: Gudrun Hillebrand, 2003Universität Karlsruhe
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Escolha do Modelo
Escolha:• máxima simplicidade• com adequado grau de precisão e detalhe
METAÁREA DE ESTUDO
Atender:
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Mudanças no ecossistema após descarga orgânica
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Modelo QUAL
Um dos modelos mais utilizados na simulação da qualidade da água de cursos de água
1970 QUAL-I F.D.Masch and Associates and the Texas Water Development Board
1972 QUAL-II Water Resources Engineers, Inc. (now Camp, Dresser and McKee), under contract with the US EPA
1987 QUAL2E Brown & Barnwell, maintained by US EPA’ s Center for Water Quality Modeling in Athens Georgia
2006
(versão 2.04)
QUAL2K
(ou Q2K)
Versão moderna do QUAL2E
Steve Chapra, Greg Pelletier e Hua Tao
http://www.epa.gov/athens/wwqtsc/html/qual2k.html
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Modelo QUAL2ESimula até 15 parâmetros de qualidade da água:
• OD• DBO• Temperatura• Alga como clorofila-A• N-orgânico• Amônia• Nitrito• Nitrato• P-orgânico• P-dissolvido• coliformes• substância não-conservativa• substância conservativa I• substância conservativa II• substância conservativa III
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Fotossíntese
Demanda pelo sedimento
OD
Nitrificação
Oxigênio dissolvido
Decomposição da MO
Reaeração
Denitrificação
Redução de sulfato
Streeter-PhelpsQUAL2E
Streeter-PhelpsQUAL2E
QUAL2E
QUAL2E
QUAL2E
Respiração algal
QUAL2E
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Referência bibliográfica
• CHAPRA, S.C.. 1997. Surface water-quality modeling. Boston: McGraw-Hill. 844p.
• ORLOB, G.. 1983. Mathematical modelling of water quality: streams, lakes and reservoirs. California: Davis. 518p.
• JAMES, A.. 1978. Mathematical models in water pollution control. New Castle: John Wiley. 420p
• Kishi, R.T.. 1991. Avaliação Ambiental da Lagoa Negra/RS-Índices e Modelagem Matemática. Porto Alegre: UFRGS-Curso de Pós-Graduação em Recursos Hídricos e Saneamento, 248p. Diss. Mestr. Engenharia Civil.
• Lenhart et al. 2002. Comparison of two different approaches of sensitivity analysis. Physics and Chemistry of the Earth, n.27, p.645-654.