MODELO MATEMATICO SIMPLIFICADO PARA SIMULAR O TRANSPORTE DE POLUENTES EM RIOS

Dr. Ricardo Sgrillo
sgrillo@ceplac.gov.br
Disciplina  Dinâmica de Sistemas
UESC  2002-2004




Introdução

Este modelo, embora de caracter didatico, poderá, com as adaptações necessárias, ser adaptado para modelar sistemas reais.
 

Descrição do Problema

Os habitantes de cidades ribeirinhas de um determinado rio estão preocupados com a instalação de uma nova industria alguns quilometros rios acima de suas cidades. Esta industria pretende despejar no rio, periodicamente, alguns poluentes, afirmando que os niveis de contaminação rio abaixo se manterão abaixo dos limites permitidos por lei.  O modelo deverá simular o processo de despejo dos poluentes e seu transporte rio abaixo, estimando a concentração do produto (mg/l) em diferentes distancias do ponto de origem. Deverá tambem considerar possiveis alteração na vazão do rio, nas estações de seca  e chuva.
 

O Modelo

O modelo desenvolvido é composto de dois submodelos. Um para a quantidade de poluente (kg) e outro para a quantidade de água (m3). Cada submodelo é composto por tres compartimentos que representam segmentos homogeneos do rio, com dimensões (largura, profundidade e comprimento) especificadas. Os fluxos entre os compartimentos são calculados através do tempo de residencia em cada compartimento, estimado pelas  dimensões e pela vazão do rio.  A concentração do poluente é obtida dividindo-se a quantidade de produto pela quantidade de agua, em cada compartimento. O modelo tambem considera a possibilidade de parte do poluente ser fixado (absorvido) por plantas e animais do rio. Há, portanto, um compartimento adicional que representa a quantidade total de poluente fixado. Os fluxos entre os compartimento dos poluentes e o de fixação são calculados através de uma taxa de fixação, que representa a proporção de poluente que é fixada por dia.

O processo de despejo é simulado através de uma função Pulso considerando-se o intervalo de tempo entre os despejos, a duração do despejo e quantidade despejada por unidade de tempo.

Para simular a vazão do rio se utiliza a vazão média informada e a percentagem de variação, que representa as oscilações de vazão entre a minima e a máxima. Este processo é simujlado com uma função Seno

Implantação

O modelo foi desenvolvido com o sistema VENSIM PLE, para uso academico e sua representação é apresentada na figura seguinte:





Resultados

Um exemplo dos resultados é mostrado no gráfico da figura seguinte, referente a um ponto que está de 60 a 90 km rio abaixo do local dos despejos. Foram utilizados os seguintes valores da variaveis para a geração destes resultados:
 
 

Largura do rio 50 m
Profundidade do rio 8 m
Comprimento de cada segmento 30 km
Vazão media 15 m3/s
Variação na vazão 50%
Quantidade de poluente despejado 100 kg/dia
Duração do despejo 1 dia
Intervalo entre despejos 30 dias
Taxa de fixação do poluente 0.1% /dia