Tapos de modelos que se aplicam ao estudo da qualidade da água

Modelos de qualidade da água são formulações matemáticas que simulam o comportamento e os efeitos dos poluentes na água. Nesse sentido, são apresentados possíveis cenários de impacto de poluentes, usando várias fórmulas que começam a partir de certos parâmetros e variáveis.

Existem diferentes modelos de qualidade da água, dependendo da fonte de poluição e do corpo de água que você deseja avaliar. Esses modelos consistem em programas de computador baseados em algoritmos matemáticos.

Avaliação da qualidade da água. Fonte: CSIRO [CC por 3.0 (https: // CreativeCommons.Org/licenças/por/3.0)]

Os modelos integram dados de campo de várias variáveis ​​e fatores, mais determinadas condições de entrada. A partir desses dados, os modelos geram os cenários possíveis, extrapolando dados no tempo e no espaço com base em probabilidades.

O parâmetro mais informativo para avaliar a contaminação de um corpo de água é a demanda bioquímica de oxigênio (BOD). A maioria dos modelos inclui a estimativa da variação do DBO como critério para gerar seus cenários.

Os governos estabeleceram regulamentos de qualidade da água que devem ser atendidos para obter as licenças de execução de atividades potencialmente poluentes. Nesse sentido, os modelos são uma ferramenta útil para entender o possível impacto na qualidade da água de uma determinada atividade.

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Fundação Matemática

Os modelos usados ​​para prever o comportamento da qualidade da água são baseados em equações diferenciais. Essas equações relacionam a quantidade de mudança em uma certa função à magnitude da mudança em outro.

Nos modelos de qualidade da água, são usadas equações diferenciais não lineares, porque os processos de poluição da água são complexos (eles não respondem a uma proporção linear de causa-efeito).

Parâmetros

Ao aplicar um determinado modelo, é necessário levar em consideração uma série de parâmetros.

Em geral, parâmetros básicos como a demanda biológica de oxigênio (DBO), a demanda de oxigênio químico (DQO), o nitrogênio e o fósforo presentes são estimados.

O BOD é um dos indicadores de poluição mais importantes, uma vez que altos valores indicam um grande número de microorganismos. Por sua parte, o COD indica a quantidade de oxigênio necessária para oxidar a matéria orgânica por meios químicos.

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Os parâmetros a serem avaliados dependem do tipo de corpo de água, lex (lagos, lagoas, pântanos) ou lóbicos (rios, riachos). O fluxo também deve ser levado em consideração, uma área que cobre, volume de água, temperatura e clima.

Também é necessário considerar a fonte de poluição a ser avaliada, uma vez que cada contaminante tem um comportamento e efeito diferentes.

No caso de derramamentos para o corpo de água, o tipo de descarga, poluentes que ele contém e seu volume é considerado.

Classificação

Existem numerosos modelos matemáticos para simular o comportamento de poluentes em corpos de água. Eles podem ser classificados dependendo do tipo de processo que consideram (físico, químico, biológico) ou do tipo de método de solução (empírico, aproximado, simplificado).

Os fatores levados em consideração para classificar esses modelos são dinâmica e dimensionalidade.

Dinâmico

Modelos estacionários consideram que é suficiente para estabelecer a distribuição de probabilidade do estado do poluente em um instante ou espaço dado. Posteriormente, extrapola que a distribuição de probabilidade, considerando a mesma.

Em modelos dinâmicos, supõe -se que as probabilidades de comportamento de poluentes possam mudar com o tempo e o espaço. Os modelos quase-dinâmicos executam a análise em partes e geram uma abordagem parcial para a dinâmica do sistema.

Existem programas que podem funcionar no modelo dinâmico e quase-dinâmico.

Dimensionalidade

Dependendo das dimensões espaciais que o modelo considera, existem dimensões, um -dimensional (1d), bidimensional (2D) e três -dimensionais (3d) (3d).

Um modelo adicional considera que o meio é homogêneo em todas as direções. Um modelo 1D pode descrever a variação espacial ao longo de um rio, mas não em sua seção cruzada ou vertical. Um modelo 2D considerará duas dessas dimensões, enquanto um 3D incluirá todos eles.

Exemplos

O tipo de modelo a ser usado depende do corpo de água para estudar e objetivo do estudo e deve ser calibrado para cada condição particular. Além disso, a disponibilidade de informações e os processos para serem o modelo devem ser levados em consideração.

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Alguns exemplos de modelos para estudos de qualidade da água em rios, correntes e lagos são descritos abaixo:

Qual2K e Qual2KW (modelo de qualidade da água)

Simula todas as variáveis ​​de qualidade da água sob um fluxo constante simulado. Simula dois níveis de DBO para desenvolver cenários da capacidade ou corrente do rio para degradar poluentes orgânicos.

Este modelo também permite simular a quantidade resultante de carbono, fósforo, nitrogênio, sólidos inorgânicos, fitoplâncton e detrito. Da mesma forma, simula a quantidade de oxigênio dissolvido, que prevê possíveis problemas de eutrofização.

Outras variáveis ​​como pH ou a capacidade de eliminar patógenos também são projetadas indiretamente.

Modelo -phelps de streeter

É um modelo muito útil para avaliar o comportamento da concentração de um poluente específico na área de influência de uma descarga em direção a um rio.

Um dos poluentes que produz um efeito mais significativo é a matéria orgânica; portanto, a variável mais informativa neste modelo é a demanda por oxigênio dissolvido. Portanto, inclui uma formulação matemática dos principais processos associados ao oxigênio dissolvido em um rio.

Modelo Mike11

Simula vários processos, como a degradação da matéria orgânica, fotossíntese e respiração de plantas aquáticas, nitrificação e troca de oxigênio. É caracterizado por simular os processos de transformação e dispersão de poluentes.

Modelo RIOS

Este modelo foi projetado no contexto do gerenciamento da bacia e combina dados biofísicos, sociais e econômicos.

Ele gera informações úteis para planejar medidas de remediação e inclui parâmetros como oxigênio dissolvido, BODs, coliformes e análise de substâncias tóxicas.

Modelo Quasar (simulação de qualidade ao longo dos sistemas fluviais)

O rio separado é modelado em seções, definidas pelos afluentes, aterros e tiros públicos que chegam ou começam a partir dele.

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Considere entre outros parâmetros o fluxo, temperatura, pH, DBO e concentração de nitratos amônia, Escherichia coli, e oxigênio dissolvido.

WASP (Programa de Simulação de Análise de Qualidade da Água)

Você pode abordar o estudo do corpo da água em diferentes dimensões (1d, 2d ou 3d). Ao usá -lo, o usuário pode optar por inserir processos de transporte cinético constantes ou variáveis.

As descargas de resíduos pontuais e não -punitivas podem ser incluídas e suas aplicações incluem vários quadros de modelagem física, química e biológica. Aqui diferentes aspectos, como eutrofização e substâncias tóxicas, podem ser incluídas.

Modelo Aquasim

Este modelo serve para estudar a qualidade da água em rios e lagos. Funciona como um diagrama de fluxo, permitindo simular uma grande quantidade de parâmetros.

Referências

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