Utilize este identificador para referenciar este registo: http://hdl.handle.net/10400.22/2868
Título: Modelação do transporte e dispersão de um marcador corado no Rio Febros
Autor: Lima, Ana Sofia Abreu
Orientador: Silva, L. M. S.
Sá, Christopher
Data de Defesa: 2009
Editora: Instituto Politécnico do Porto. Instituto Superior de Engenharia do Porto
Resumo: O rio Febros é um pequeno curso de água, situado no concelho de Vila Nova de Gaia, com cerca de 15 km de extensão, cuja bacia hidrográfica ocupa uma área de aproximadamente 35,4 km2. Nasce em Seixezelo e desagua na margem esquerda do Rio Douro no Cais do Esteiro, em Avintes. Em Maio de 2008, um acidente de viação teve como consequência o derrame de cerca de quatro toneladas de ácido clorídrico que rapidamente convergiu às águas do rio. Apenas um dia depois, o pH desceu para três e muitos foram os peixes que morreram. A solução adoptada para evitar o desaire foi introduzir milhares de litros de água de modo a diluir o ácido presente, ao longo de todo o curso de água. Tal facto não evitou a destruição de parte de um ecossistema, que ainda nos dias de hoje se encontra em recuperação. De forma a avaliar-se o impacto destas possíveis perturbações sejam estas de origem antropogénica ou natural é necessário possuir conhecimentos dos processos químicos tais como a advecção, a mistura devida à dispersão e a transferência de massa ar/água. Estes processos irão determinar o movimento e destino das substâncias que poderão ser descarregadas no rio. Para tal, recorrer-se-á ao estudo hidrogeométrico do curso de água assim como ao estudo do comportamento de um marcador, simulando uma possível descarga. A rodamina WT será o marcador a ser utilizado devido à panóplia de características ambientalmente favoráveis. Os estudos de campo com este corante, realizados em sequência de descarga previamente estudada, fornecem uma das melhores fontes de informação para verificação e validação de modelos hidráulicos utilizados em estudos de qualidade de águas e protecção ambiental. Escolheram-se dois pontos de descarga no Febros, um em Casal Drijo e outro no Parque Biológico de Gaia, possuindo cada um deles, a jusante, duas estações de monitorização. Pelo modelo ADE os valores obtidos para o coeficiente de dispersão longitudinal para as estações Pontão d’ Alheira, Pinheiral, Menesas e Giestas foram, respectivamente, 0,3622; 0,5468; 1,6832 e 1,7504 m2/s. Para a mesma sequência de estações, os valores da velocidade de escoamento obtidos neste trabalho experimental foram de 0,0633; 0,0684; 0,1548 e 0,1645 m/s. Quanto ao modelo TS, os valores obtidos para o coeficiente de dispersão longitudinal para as estações Pontão d’ Alheira, Pinheiral, Menesas e Giestas foram, respectivamente, 0,2339; 0,1618; 0,5057e 1,1320 m2/s. Para a mesma sequência de estações, os valores da velocidade de escoamento obtidos neste trabalho experimental foram de 0,0652; 0,0775; 0,1891 e 0,1676 m/s. Os resultados foram ajustados por um método directo, o método dos momentos, e por dois métodos indirectos, os modelos ADE e TS. O melhor ajuste corresponde ao modelo TS onde os valores do coeficiente de dispersão longitudinal e da velocidade de escoamento são aqueles que melhor se aproximam da realidade. Quanto ao método dos momentos, o valor estimado para a velocidade é de 0,162 m/s e para o coeficiente de dispersão longitudinal de 9,769 m2/s. Não obstante, a compreensão da hidrodinâmica do rio e das suas características, bem como a adequação de modelos matemáticos no tratamento de resultados formam uma estratégia de protecção ambiental inerente a futuros impactos que possam suceder.
The Febros river is a small water stream, located at Vila Nova de Gaia, with approximately 15 km length and a basin area of 35,4 km2. It borns in Seixezelo and flows into the left bank of Douro river in Esteiro harbour, Avintes. In May 2008 a car accident with a tanker truck resulted in a 4 ton hydrochloric acid leakage which spread quickly into the Febros river. One day later, the water pH dropped off to the value of 3 and a lot of dead fish were observed. Thousands of liters of water were poured through the river with a purpose to mitigate this occurrence. Nevertheless there were severe consequences to the ecosystem which is still recovering nowadays. In order to evaluate possible impacts of these events whatever the nature of the sources, anthropogenic or natural, knowledge about transport phenomena such as advection and dispersion is essential. These processes rule transport and fate of a contaminant release into the river in combination with chemical and biological decay and reaeration. Thus the aim of this work is to study stream hydrogeometry as well as behavior of a dye tracer impulse spill, monitoring the concentration in two points downstream for several reaches. For this purpose rhodamine WT was chosen as a dye tracer because it is non toxic, soluble, conservative, detectable at low concentration and fluorescent in a part of a spectrum not common with the materials generally found in the water. Two different approaches are presented to model the hydrodynamics of the river. One, based on zero, first and second order moments of two peaks, estimates the time of travel and longitudinal dispersion coefficient. The second one, usually called advectiondiffusion model, fits experimental data to analytical solution of the material balance and velocity and longitudinal dispersion coefficient are obtained minimizing sum of squares of residuals. Tracer dye studies can be of immense assistance in assessing and formulating solutions to environmental problems. Data from such studies enable public safety authorities to predict rate of movement, duration and magnitude of pollutant concentration which can result from an accidental spill or a controlled release of a holding pond or other containment. In conclusion, the understanding of river hydraulics and its characteristics as well as the adequacy of the fitting models to justify the data establishes a strategy for environmental protection agencies to mitigate and control future contaminant releases in surface water. Two points to discharge rhodamine WT were chosen, one of them in Casal Drijo and another one in Parque Biológico de Gaia. Both of them have two downstream control stations. By the ADE model, the values obtained for the longitudinal dispersion coefficient are, for Pontão d’ Alheira, Pinheiral, Menesas and Giestas, 0,3622; 0,5468; 1,6832 e 1,7504 m2/s. For the same “line” stations, the values for velocity are 0,0633; 0,0684; 0,1548 e 0,1645 m/s. In Pontão d’ Alheira, Pinheiral, Menesas and Giesteas, by TS model, the values obtained for the longitudinal dispersion coefficient are 0,2339; 0,1618; 0,5057e 1,1320 m2/s. For the same stations, the values of velocity obtained in this experiment, are 0,0652; 0,0775; 0,1891 e 0,1676 m/s. The results were adjusted by one direct method, the Moment Method, and by two indirect methods, the ADE model and TS model. The best of the adjustment is relative to TS method that shows a sensitive approach of the values of longitudinal dispersion coefficient and velocity to the reality of the river.
Peer review: yes
URI: http://hdl.handle.net/10400.22/2868
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