( PDF ) Estudo hidrodinâmico e de qualidade de água após revitalização da circulação do Canal do Fundão, Baía de Guanabara

Download PDF

ads:

COPPE/UFRJCOPPE/UFRJ

ESTUDO HIDRODINÂMICO E DE QUALIDADE DE ÁGUA APÓS REVITALIZAÇÃO

DA CIRCULAÇÃO DO CANAL DO FUNDÃO, BAÍA DE GUANABARA – RJ

Clarisse Lacerda Gomes Kaufmann

Dissertação de Mestrado apresentada ao Programa

de Pós-graduação em Engenharia Oceânica, COPPE,

da Universidade Federal do Rio de Janeiro, como

parte dos requisitos necessários à obtenção do título

de Mestre em Engenharia Oceânica.

Orientador: Paulo Cesar Colonna Rosman

Rio de Janeiro

Abril – 2009.

ads:

Livros Grátis

http://www.livrosgratis.com.br

Milhares de livros grátis para download.

ads:

iii

Kaufmann, Clarisse Lacerda Gomes

Estudo Hidrodinâmico e de Qualidade de Água após

Revitalização da Circulação do Canal do Fundão, Baía de

Guanabara, RJ/ Clarisse Lacerda Gomes Kaufmann. – Rio

de Janeiro: UFRJ/COPPE, 2009.

XVI, 150 p.: il.; 29,7 cm.

Orientador: Paulo Cesar Colonna Rosman

Dissertação (mestrado) – UFRJ/ COPPE/ Programa de

Engenharia Oceânica, 2009.

Referências Bibliográficas: p. 145-150.

1. Modelo de Qualidade de Água. 2. Circulação Hi-

drodinâmica. 3. Deriva de Sedimentos. 4. Canal do Fun-

dão. 5. Baía de Guanabara I. Rosman, Paulo Cesar Colon-

na. II. Universidade Federal do Rio de Janeiro, COPPE,

Programa de Engenharia Oceânica. III. Titulo.

A Deus, por todas as bênçãos derramadas em minha vida.

Ao Leonardo, por todo apoio e compreensão, entendendo que este mestrado representa uma

etapa importante na minha formação profissional.

Aos meus pais, que souberam me ensinar o verdadeiro sentido da vida e representam e-

xemplos vivos de sabedoria.

À Marise, pelo enorme carinho e ajuda durante todo o mestrado.

Aos amigos da Costeira, que fizeram deste mestrado um ambiente agradável de trabalho e

pela cumplicidade nos estudos, agregando fortemente na minha formação. Em especial, à

amiga Luana, que teve participação importante no fechamento desta dissertação.

Ao professor Rosman, que incansavelmente transmite conhecimento e permite aos alunos a

participação em projetos, extremamente relevantes ao aprendizado, contribuindo para a

formação profissional dos mesmos.

À agência de fomento CAPES, pela ajuda financeira, permitindo a dedicação exclusiva aos

estudos.

À Interdraga, por disponibilizar os dados geométricos atuais do Canal do Fundão, permitin-

do um estudo mais realístico da região.

À FEEMA, por disponibilizar os dados de qualidade de água monitorados na Baía de Gua-

nabara, fundamentais para o desenvolvimento deste estudo.

Este trabalho é dedicado aos meus avós e

à tia Terezinha, que onde quer que estejam,

festejam comigo esta vitória.

Resumo da Dissertação apresentada à COPPE/UFRJ como parte dos requisitos necessários

para a obtenção do grau de Mestre em Ciências (M.Sc.)

ESTUDO HIDRODINÂMICO E DE QUALIDADE DE ÁGUA APÓS REVITALIZA-

ÇÃO DA CIRCULAÇÃO DO CANAL DO FUNDÃO, BAÍA DE GUANABARA – RJ.

Clarisse Lacerda Gomes Kaufmann

Abril/2009

Orientador: Paulo Cesar Colonna Rosman

Programa: Engenharia Oceânica

Esta dissertação apresenta um estudo sobre os efeitos na circulação hidrodinâmica e

qualidade de água no Canal do Fundão após o projeto de revitalização previsto. Em tal pro-

jeto, estão previstos a dragagem ao longo de todo Canal do Fundão e a construção de um

cinturão de contenção de esgotos ao longo de suas margens continentais. A obra de draga-

gem consiste no rebaixamento do fundo da calha central do Canal do Fundão e parte do

Canal do Cunha, atingindo a cota de 4,25m abaixo do datum Imbituba do IBGE, ou cerca

de 4m abaixo do nível médio do mar no local, além da remoção de estrangulamentos pon-

tuais. O cinturão removerá toda contribuição dos efluentes domésticos provenientes do

Complexo da Maré. O estudo foi desenvolvido através de modelagem computacional com o

SisBaHiA

– Sistema Base de Hidrodinâmica Ambiental, versão 6.5. Os modelos empre-

gados neste estudo foram o hidrodinâmico 2DH, o de transporte lagrangeano e o de quali-

dade de água, com os ciclos de Oxigênio Dissolvido e Demanda Bioquímica de Oxigênio.

Foram considerados três cenários (atual, projetado com dragagem e projetado com draga-

gem e cinturão de contenção de efluentes no Canal do Fundão) com condições de ventos

usuais para caracterizar as etapas do projeto, realizando uma análise comparativa destes.

Pelos resultados apresentados foi possível atestar a eficiência da obra quanto aos aspectos

de melhoria da circulação hidrodinâmica, eliminação da tendência de assoreamento do Ca-

nal e redução do grau de poluição no canal e regiões adjacentes.

vii

Abstract of Dissertation presented to COPPE/UFRJ as a partial fulfillment of the

requirements for the degree of Master of Science (M.Sc.)

HYDRODYNAMIC AND WATER QUALITY STUDY AFTER IMPROVEMENT OF

THE FUNDÃO’S CHANNEL CIRCULATION, GUANABARA BAY, RIO DE

JANEIRO.

Clarisse Lacerda Gomes Kaufmann

April/2009

Advisor: Paulo Cesar Colonna Rosman

Department: Ocean Engineering

This dissertation presents a study about the effects in the hydrodynamic circulation

and quality water in the Fundão’s channel after the project of improvement. In such project,

are foreseen the dredging throughout all channel and the construction of a domestic

wastewater’s containment throughout its continental edges. The dredging’s stages consist

of the lowering of deep of the central gutter of the Fundão’s channel and part of the

Cunha’s channel, reaching the quota of 4,25m below of the datum Imbituba of the IBGE, or

about 4m below of the mean sea level in the place, beyond the removal of prompt

strangulations. The wastewater’s containment will remove all contribution of the effluent

domestic servants proceeding from the Complexo da Maré. The study was developed

through computational modeling with the SisBaHiA

- Base System of Hydrodynamics

Ambient, version 6.5. The models used in this study had been hydrodynamic 2DH, the

lagrangean and quality water, with the cycles of Dissolved Oxygen and Biochemical

Oxygen Demand. Three scenes (current, projected with dredging and projected with

dredging and containment of effluent in the Fundão’s channel) with conditions of usual

winds had been considered to characterize the stages of the project, carrying through a

comparative analysis of these. Though of the presented results it was possible to certify the

efficiency of the workmanship in what it refers to the aspects of improvement of the

hydrodynamics circulation, elimination of the trend of siltation of the channel and reduction

of the pollution’s degree on the channel and the adjacent regions.

viii

1. Introdução e Objetivos.....................................................................................................1

2. Área de Estudo..................................................................................................................4

2.1. Localização e Descrição.............................................................................................4

2.2. Uma Perspectiva Histórica da Questão Ambiental da Região ..............................9

2.3. Gestão Ambiental na Região ..................................................................................14

2.4. Legislação Pertinente ..............................................................................................18

2.5. O Projeto de Dragagem...........................................................................................24

2.5.1. Tipos de Equipamentos ......................................................................................27

2.5.2. Impactos Ambientais..........................................................................................29

2.5.3. Disposições Construtivas....................................................................................30

2.5.4. Disposição do Material Dragado........................................................................32

2.6. Cinturão de Contenção à margem do Canal do Fundão .....................................35

3. Metodologia.....................................................................................................................37

3.1. Modelo Hidrodinâmico do SisBaHiA

..................................................................38

3.1.1. Equações Governantes........................................................................................39

3.1.2. Tensões de Atrito devidas ao Vento...................................................................44

3.1.3. Tensões de Atrito no Fundo ...............................................................................44

3.1.4. Condições Iniciais e de Contorno.......................................................................45

3.2. Modelo de Transporte Lagrangeano do SisBaHiA

............................................46

3.3. Modelagem de Qualidade de Água ........................................................................47

3.3.1. Histórico de Modelos de Qualidade de Água.....................................................47

3.3.2. Principais Parâmetros de Qualidade de Água ....................................................51

3.3.2.1 Oxigênio Dissolvido.................................................................................52

3.3.2.2 Demanda Bioquímica de Oxigênio...........................................................53

3.3.2.3 Compostos de Nitrogênio.........................................................................56

3.3.2.4 Compostos de Fósforo..............................................................................59

3.3.2.5 Sal.............................................................................................................62

3.3.2.6 Temperatura..............................................................................................62

3.3.2.7 Biomassa de Fitoplâncton.........................................................................63

3.3.3. Modelo de Qualidade de Água do SisBaHiA

...................................................64

3.3.3.1 Reações Cinéticas do Modelo de OD e DBO...........................................67

4. Estudo da Circulação Hidrodinâmica ..........................................................................70

4.1. Cenários de Simulação............................................................................................70

4.1.1. Situação Atual ....................................................................................................70

4.1.2. Situação Futura1 - Dragagem.............................................................................71

4.1.3. Situação Futura 2 – Dragagem e Implantação do Cinturão no Canal ................71

4.2. Dados de Implementação do Modelo.....................................................................71

4.2.1. Contornos do Domínio e Discretização Espacial ...............................................71

4.2.2. Parâmetros Ambientais.......................................................................................75

4.2.2.1 Batimetria .................................................................................................75

4.2.2.2 Tipo de Fundo e Rugosidade Equivalente................................................81

4.2.2.3 Marés ........................................................................................................83

4.2.2.4 Ventos.......................................................................................................84

4.3. Condições de Contorno ...........................................................................................87

4.3.1. Vazões dos Rios Afluentes.................................................................................87

4.3.2. Vazões dos Efluentes Domésticos......................................................................89

4.3.3. Vazão da Estação de Tratamento Alegria...........................................................90

4.4. Calibração e Validação ...........................................................................................93

4.5. Resultados e Análises ..............................................................................................94

4.5.1. Avaliação da Circulação Hidrodinâmica............................................................94

4.6. Estimativa da deriva de sedimentos lamosos não consolidados........................113

4.6.1. Cenário Atual....................................................................................................115

4.6.2. Cenário Projetado .............................................................................................116

5. Estudo da Qualidade da Água.....................................................................................117

5.1. Cenários de Simulação..........................................................................................117

5.2. Dados de Implementação do Modelo...................................................................117

5.3. Condições de Contorno e Condições Iniciais ......................................................121

5.4. Calibração do Modelo ...........................................................................................124

5.5. Resultados ..............................................................................................................127

5.5.1. Oxigênio Dissolvido.........................................................................................127

5.5.2. Demanda Bioquímica de Oxigênio...................................................................135

6. Conclusões e Recomendações Futuras........................................................................142

Referências Bibliográficas ...............................................................................................145

Figura 1. Representação geográfica da Baía de Guanabara - RJ, com a região de estudo em destaque e o

limite sul da baía tracejado em amarelo, considerado por KJERFVE et al (1997) e o limite sul

tracejado em vermelho, dado por AMADOR (1997) e considerado nesta dissertação . ................................ 5

Figura 2. Delimitação do Canal do Fundão na Baía de Guanabara-RJ, e parte do Canal do Cunha

considerada no modelo, afluente da baía. ...................................................................................................... 7

Figura 3. Trecho do Canal do Fundão completamente assoreado e poluído. ........................................................ 7

Figura 4. Trecho do Canal do Fundão completamente assoreado e poluído, próximo à bacia de evolução

do terminal de containeres da I

NTERCAN. ....................................................................................................... 8

Figura 5. Projeto de criação da Ilha do Fundão, com a fusão do arquipélago formado por oito ilhas,

criado em 1949. ............................................................................................................................................ 10

Figura 6. Identificação das três pontes que transpassam o Canal do Fundão. .................................................... 13

Figura 7. Imagem da construção da Alça da Linha Amarela - ponte Jorge Amado, em 2000. Destaca-se a

quantidade de lixo na margem do canal e as seções dos pilares, que reduziram significativamente a

seção hidráulica do Canal do Fundão, já bastante assoreado..................................................................... 13

Figura 8. Estrutura Geral para Gerenciamento do material dragado.................................................................. 21

Figura 9. Procedimentos para a Disposição Final do Material Dragado em Terra ............................................ 22

Figura 10. Área de dragagem prevista. ................................................................................................................ 26

Figura 11. Localização das regiões de bota-fora oceânico apresentadas na solução A do RAS,

previamente aprovadas pela Capitania dos Portos. ..................................................................................... 34

Figura 12. Exemplo apresentado no RAS da solução de acondicionamento da lama contaminada em

geobags, com drenagem e desidratação dos materiais................................................................................. 34

Figura 13. Áreas de disposição dos geobags apresentados no RAS. .................................................................... 35

Figura 14. Trecho do Canal do Fundão, com destaque para os cinco pontos geo-referenciados, de

lançamento de efluentes provenientes do Complexo da Maré...................................................................... 36

Figura 15. Esquema da velocidade U

promediada ao longo da coluna de água, representando o sistema

de coordenadas e nível de referência - NR adotado pelo modelo hidrodinâmico 2DH do SisBaHiA

. ....... 40

Figura 16. Evolução da DBO em uma amostra ao longo do tempo, com indicação da DBO

e da DBO

última. ........................................................................................................................................................... 53

Figura 17. Comportamento estimado das curvas de depleção de oxigênio, da demanda bioquímica e do

crescimento de bactérias aeróbias em um estudo de autodepuração de um curso d’água após o

lançamento de esgotos domésticos................................................................................................................ 55

Figura 18. Ciclo do Nitrogênio aplicado a todos os ecossistemas........................................................................ 56

Figura 19. Distribuição do Nitrogênio no Esgoto Doméstico Bruto..................................................................... 59

Figura 20. Ciclo do Fósforo em ecossistemas aquáticos. ..................................................................................... 60

Figura 21. Comportamento dos ortofosfatos na água em função da concentração de pH no meio. .................... 61

Figura 22. Distribuição das formas de fósforo no esgoto doméstico bruto. ......................................................... 61

Figura 23. Ciclo de OD e DBO utilizado no modelo do SisBaHiA

..................................................................... 69

Figura 24. Domínio de modelagem discretizado por malha de elementos finitos biquadráticos, com

grande detalhamento na região do Canal do Fundão. A região do canal do Fundão, destacada no

retângulo amarelo, é detalhada na Figura 25. ............................................................................................. 73

xii

Figura 25. Detalhe do refinamento da malha na região de interesse................................................................... 74

Figura 26. Mapa do domínio geral de modelagem. Profundidades referidas ao Nível Médio do Mar

(NMM) com a batimetria da situação atual. Detalhes da região de interesse marcada pelo quadro

vermelho estão na figura a seguir................................................................................................................. 76

Figura 27. Região focal de interesse, mostrando de forma ilustrativa o Canal do Fundão com

profundidades relativas ao Nível Médio do Mar (NMM), retratando situação atual................................... 77

Figura 28. Mapa do domínio geral de modelagem. Profundidades referidas ao Nível Médio do Mar

(NMM) com a batimetria da situação projetada. Detalhes da região de interesse marcada pelo

quadro vermelho estão na figura a seguir. ................................................................................................... 79

Figura 29. Região focal de interesse, mostrando de forma ilustrativa o Canal do Fundão com

profundidades relativas ao Nível Médio do Mar (NMM), retratando situação projetada............................ 80

Figura 30. Distribuição de sedimentos na Baía de Guanabara............................................................................ 82

Figura 31. Constantes harmônicas consideradas no modelo hidrodinâmico. ...................................................... 84

Figura 32. Rosa dos ventos e histograma de frequência de intensidade de ventos em Outubro de 2000 da

Baía de Guanabara, caracterizando uma situação de ventos usuais............................................................ 85

Figura 33. Série de ventos medidos na Baía de Guanabara, em Outubro de 2000, tipificando ventos

usuais. O período de modelagem de 01 a 31 de Outubro de 2000................................................................ 86

Figura 34. Localização da ETE Alegria, com significativa relevância ao estudo. A segunda figura

apresenta em destaque a região, com identificação do ponto de lançamento.............................................. 92

Figura 35. Comparação entre a série temporal de elevação do nível d’água devido à maré astronômica

na Ponta da Armação e resultados obtidos pelo modelo, para um período de 15 dias................................ 93

Figura 36. Padrão de Circulação Hidrodinâmica de uma maré de sizígia em situação de meia maré

enchente para a situação atual e futura. Destaque para a região de estagnação no canal na

condição atual............................................................................................................................................... 99

Figura 37. Padrão de velocidades de corrente médias durante enchentes de maré de sizígia para a

situação atual e para a situação futura. Representa o escoamento médio da circulação

hidrodinâmica ao longo do período de enchente, que dura cerca de 6 horas. De modo a permitir

uma melhor visualização, a densidade de setas é muito inferior à dos pontos de cálculo. ........................ 100

Figura 38. Padrão de Circulação Hidrodinâmica de uma maré de sizígia em situação de meia maré

vazante para a situação atual e para a situação futura.............................................................................. 101

Figura 39. Padrão de velocidades de corrente médias durante vazantes de maré de sizígia para a situação

atual e para situação futura. Representa o escoamento médio da circulação hidrodinâmica ao longo

do período de vazante, que dura cerca de 6 horas. .................................................................................... 102

Figura 40. Padrão de Circulação Hidrodinâmica de uma maré de quadratura em situação de meia maré

enchente para a situação atual e futura...................................................................................................... 103

Figura 41. Padrão de velocidades de corrente médias durante enchentes de maré de quadratura para a

situação atual e futura. Representa o escoamento médio da circulação hidrodinâmica ao longo do

período de enchente, que dura cerca de 6 horas. ....................................................................................... 104

Figura 42. Padrão de Circulação Hidrodinâmica de uma maré de quadratura em situação de meia maré

vazante para a situação atual e futura. Com as obras projetadas, não há estagnação, mesmo para as

correntes mais fracas de vazantes de marés de quadratura. ...................................................................... 105

Figura 43. Padrão de velocidades de corrente médias durante vazantes de maré de quadratura para a

situação atual e futura. Representa o escoamento médio da circulação hidrodinâmica ao longo do

período de vazante, que dura cerca de 6 horas. ......................................................................................... 106

xiii

Figura 44. Séries temporais de elevações de maré no mar aberto, entrada sul do Canal do Fundão e

região entre as pontes Oswaldo Cruz e Brigadeiro Trompowsky para a situação atual durante os

primeiros 15 dias de simulação. ................................................................................................................. 108

Figura 45. Séries temporais de elevações de maré no mar aberto, entrada sul do Canal do Fundão e

região entre as pontes Oswaldo Cruz e Brigadeiro Trompowsky para a situação futura durante os

primeiros 15 dias de simulação. ................................................................................................................. 108

Figura 46. Distribuição Granulométrica dos sedimentos do Canal do Fundão e Cunha................................... 110

Figura 47. Isolinhas das tensões no fundo para uma situação típica de meia maré enchente de sizígia para

a situação atual e futura respectivamente................................................................................................... 111

Figura 48. Isolinhas das tensões no fundo para uma situação típica de meia maré vazante de sizígia para

a situação atual e futura respectivamente................................................................................................... 112

Figura 49. Condição inicial para avaliação de deriva de sedimentos finos não consolidados: o Canal do

Fundão e parte do Canal do Cunha foram preenchidos com marcadores com comportamento

semelhante à de lama fluida composta por sedimentos finos...................................................................... 113

Figura 50. Situação de 1, 3, 6 e 8 dias após o lançamento das partículas, respectivamente na situação

atual. Destaca-se que a circulação hidrodinâmica existente no Canal não é capaz de promover a

dispersão dos sedimentos lamosos não consolidados ao longo da simulação............................................ 115

Figura 51. Situação de 1, 3, 6 e 8 dias após o lançamento das partículas, respectivamente. Destaca-se que

a circulação hidrodinâmica no Canal é capaz de promover a dispersão dos sedimentos lamosos não

consolidados. .............................................................................................................................................. 116

Figura 52. Estações de Monitoramento da FEEMA utilizadas no modelo de qualidade de água. As

estações em azul correspondem as monitoradas ao longo da Bacia da Baía de Guanabara e

utilizadas como dados de entrada para os afluentes. As estações em vermelho correspondem aos

dados utilizados como condições iniciais e utilizadas para calibração e validação do modelo. ............... 118

Figura 53. Exemplos de condições Iniciais prescritas no modelo de qualidade de água para os

parâmetros sal em [‰] e amônia em [mg/L], respectivamente. ................................................................ 123

xiv

Gráfico 1. Elipses de correntes de maré médias na coluna de água (H) retratando a situação atual e a

situação futura na seção entre a ponte Brigadeiro Trompowsky e a ponte Oswaldo Cruz. Verifica-se

um incremento na velocidade de aproximadamente 67%............................................................................. 95

Gráfico 2. Elipses de correntes de maré médias na coluna de água (H) retratando a situação atual e a

situação futura na seção próxima à Ponte Brigadeiro Trompowsky. Verifica-se um incremento na

velocidade de aproximadamente 150%......................................................................................................... 96

Gráfico 3. Elipses de correntes de maré médias na coluna de água (H) retratando a situação atual e a

situação futura na seção próxima à Ponte Oswaldo Cruz. Verifica-se um incremento na velocidade

de aproximadamente 58%............................................................................................................................. 97

Gráfico 4. Elipses de correntes de maré médias na coluna de água (H) retratando a situação atual e a

situação futura nas seções a leste e ao norte da Ilha do Fundão. ................................................................98

Gráfico 5. Séries Temporais do módulo da tensão no fundo retratando a situação atual, na seção no meio

do canal, entre a Ponte Brigadeiro Trompowsky e a Ponte Oswaldo Cruz................................................ 109

Gráfico 6. Séries Temporais do módulo da tensão no fundo retratando a situação futura, na seção no

meio do canal, entre a Ponte Brigadeiro Trompowsky e a Ponte Oswaldo Cruz....................................... 109

Gráfico 7. Comparação entre os dados fornecidos pela FEEMA nas 3 Estações de Monitoramento

próximas ao Canal do Fundão e o resultado obtido pelo modelo de qualidade de água do SisBaHiA

para OD em [mg/L]. ................................................................................................................................... 125

Gráfico 8. Comparação entre os dados fornecidos pela FEEMA nas 3 Estações de Monitoramento

próximas ao Canal do Fundão e o resultado obtido pelo modelo de qualidade de água do

SisBaHiA® para DBO em [mg/L]. ............................................................................................................. 125

Gráfico 9. Situações atual, futura e futura com cinturão da Estação GN022 da FEEMA, simuladas ao

longo de noventa dias, para as condições de ventos usuais, do parâmetro OD em [mg/L]. ...................... 128

Gráfico 10. Situações atual, futura e futura com cinturão da Estação GN043 da FEEMA, simuladas ao

longo de noventa dias, para as condições de ventos usuais, do parâmetro OD em [mg/L]. ...................... 129

Gráfico 11. Situações atual, futura e futura com cinturão da Estação GN050 da FEEMA, simuladas ao

longo de noventa dias, para as condições de ventos usuais, do parâmetro OD em [mg/L]. ...................... 130

Gráfico 12. Situações atual, futura e futura com cinturão da região entre as pontes no Canal do Fundão,

simuladas ao longo de noventa dias, para as condições de ventos usuais, do parâmetro OD em

[mg/L]. ........................................................................................................................................................ 131

Gráfico 13. Situações atual, futura e futura com cinturão na região de confluência dos canais do Fundão

e do Cunha, simuladas ao longo de noventa dias, para as condições de ventos usuais, do parâmetro

OD em [mg/L]............................................................................................................................................. 132

Gráfico 14. Situações atual, futura e futura com cinturão na região próxima à Ponte Brigadeiro

Trompowsky, simuladas ao longo de noventa dias, para as condições de ventos usuais, do parâmetro

OD em [mg/L]............................................................................................................................................. 133

Gráfico 15. Situações atual, futura e futura com cinturão na região próxima à Oswaldo Cruz, simuladas

ao longo de noventa dias, para as condições de ventos usuais, do parâmetro OD em [mg/L]. ................. 134

Gráfico 16. Situações atual, futura e futura com cinturão da Estação GN022 da FEEMA, simuladas ao

longo de noventa dias, para as condições de ventos usuais, do parâmetro DBO em [mg/L]..................... 135

Gráfico 17. Situações atual, futura e futura com cinturão da Estação GN043 da FEEMA, simuladas ao

longo de noventa dias, para as condições de ventos usuais, do parâmetro DBO em [mg/L]..................... 136

Gráfico 18. Situações atual, futura e futura com cinturão da Estação GN050 da FEEMA, simuladas ao

longo de noventa dias, para as condições de ventos usuais, do parâmetro DBO em [mg/L]..................... 137

Gráfico 19. Situações atual, futura e futura com cinturão na região entre as pontes no Canal do Fundão,

simuladas ao longo de noventa dias, para as condições de ventos usuais, do parâmetro DBO em

[mg/L]. ........................................................................................................................................................ 138

Gráfico 20. Situações atual, futura e futura com cinturão na região de confluência dos canais do Fundão

e do Cunha, simuladas ao longo de noventa dias, para as condições de ventos usuais, do parâmetro

DBO em [mg/L]. ......................................................................................................................................... 139

Gráfico 21. Situações atual, futura e futura com cinturão na região próxima à Ponte Brigadeiro

Trompowsky, simuladas ao longo de noventa dias, para as condições de ventos usuais, do parâmetro

DBO em [mg/L]. ......................................................................................................................................... 140

Gráfico 22. Situações atual, futura e futura com cinturão na região próxima à Pontes Oswaldo Cruz,

simuladas ao longo de noventa dias, para as condições de ventos usuais, do parâmetro DBO em

[mg/L]. ........................................................................................................................................................ 141

xvi

Tabela 1. Cronologia da criação das comunidades do Complexo da Maré ......................................................... 12

Tabela 2. Principais objetivos de qualidade de água do estudo de Gestão e melhoria das condições

ambientais da Baía de Guanabara em 2003................................................................................................. 16

Tabela 3. Número mínimo de amostras para a caracterização de sedimentos ..................................................... 19

Tabela 4. Principais Equipamentos utilizados em dragagem. .............................................................................. 28

Tabela 5. Produtividade e eficiência de dragagem dos principais equipamentos de dragagens.......................... 29

Tabela 6. Equipamentos do sistema de dragagem utilizado no Canal do Fundão................................................ 30

Tabela 7. Equipamentos utilizados nas plantas de processamento....................................................................... 31

Tabela 8. Equipamentos mínimos de apoio à atividade de dragagem .................................................................. 31

Tabela 9. Alternativas de disposição do material dragado................................................................................... 32

Tabela 10. Soluções apresentadas no RAS para a disposição do material dragado. ........................................... 33

Tabela 11. Evolução dos Modelos de Qualidade de Água.................................................................................... 48

Tabela 12. Análise Preliminar do estágio de degradação por lançamento de esgoto doméstico a partir da

forma de nitrogênio predominante no corpo hídrico.................................................................................... 58

Tabela 13. Coeficientes responsáveis pelas reações cinéticas do modelo OD e DBO de qualidade de água

do SisBaHiA

................................................................................................................................................ 68

Tabela 14. Valores equivalentes para amplitude da rugosidade equivalente de fundo (ε). .................................. 81

Tabela 15. Constantes harmônicas calibradas para a fronteira aberta do modelo.............................................. 83

Tabela 16. Localização da Estação AIRJ - INFRAERO ....................................................................................... 84

Tabela 17. Valores de Precipitação Total para todos os meses do ano de 1990, para Estação do Rio de

Janeiro. ......................................................................................................................................................... 87

Tabela 18. Valores de C em função das características da bacia......................................................................... 88

Tabela 19. Áreas de drenagem dos rios considerados e suas vazões médias ....................................................... 88

Tabela 20. Dados populacionais do Complexo da Maré. ..................................................................................... 90

Tabela 21. Principais características da Estação de Tratamento Alegria............................................................ 91

Tabela 22. Caracterização estatística da série de dados utilizados para os afluentes da Baía de

Guanabara.................................................................................................................................................. 119

Tabela 23. Valores dos parâmetros ambientais em [mg/L] utilizados como condições de contorno para os

afluentes da Baía de Guanabara................................................................................................................. 122

Tabela 24. Dados de clorofila-a em [µg/L] para algumas Estações de Monitoramento da FEEMA na Baía

de Guanabara. ............................................................................................................................................ 127

1. Introdução e Objetivos

A forte degradação existente na Baía de Guanabara e nos seus afluentes é retrato do lança-

mento desmedido de efluentes domésticos e industriais em suas águas, além dos processos

de assoreamento promovidos por diversos desmatamentos e intervenções no ecossistema

com a criação de aterros ao longo destes anos. Exemplo disto é a Ilha do Fundão, que é

fruto de um enorme aterro, contribuindo significativamente para o estágio atual de estagna-

ção hídrica do Canal do Fundão.

O objetivo geral deste trabalho é a avaliação da melhoria da qualidade da água do Canal do

Fundão na Baía de Guanabara, após a obra de dragagem para revitalização da circulação

hidrodinâmica e da implantação de um cinturão de contenção de efluentes nas margens

continentais do Canal do Fundão. Como objetivos específicos têm-se a avaliação da obra de

dragagem quanto à melhoria do escoamento hidrodinâmico existente, a estimativa da deriva

dos sedimentos lamosos não consolidados presentes no canal, verificando se apresenta ten-

dências de assoreamento e por fim, o estudo da qualidade da água através do ciclo de Oxi-

gênio Dissolvido (OD) e Demanda Bioquímica de Oxigênio (DBO).

Trata-se de um estudo comparativo entre três cenários: o atual, o projetado com a obra de

dragagem e o cenário com a obra de dragagem e implantação de um cinturão removendo as

contribuições de lançamento de esgotos nas margens continentais do canal. Como ferra-

menta, empregou-se a modelagem computacional através do SisBaHiA

A obra de dragagem representa o rebaixamento do fundo da calha central do Canal do Fun-

dão e parte do Canal do Cunha, atingindo a cota de 4,25m abaixo do datum Imbituba do

IBGE, ou cerca de 4m abaixo do nível médio do mar no local, além da remoção de estran-

gulamentos pontuais. Pretende-se assim, avaliar a efetividade da revitalização dos mesmos,

bem como a melhoria dos principais parâmetros de qualidade de água.

As motivações para o estudo decorrem da importância da região para a qualidade de vida

das comunidades adjacentes ao canal e das águas da Baía de Guanabara, além de sua locali-

zação geográfica, que representa a porta de entrada do Rio de Janeiro e por apresentar via-

bilidade quanto à disponibilidade de dados.

A comunidade do Complexo da Maré, próxima ao canal, sentirá uma significativa melhoria

na qualidade de vida, por redução do mau cheiro e das condições objetáveis existentes. As

pessoas que trabalham na Ilha do Fundão e circulam pelas vias expressas que transpassam o

canal também sentirão uma melhora significativa.

A importância geográfica do canal se deve ao fato de na Ilha do Governador estar localiza-

do o aeroporto internacional do Rio de Janeiro. Também se localiza ao lado de um trecho

da via expressa Linha Vermelha que permite ligações interestaduais. Por fim, encontra-se

no entorno da Ilha do Fundão que apresenta uma gestão federal e passou por uma mudança

estratégica deixando de ser apenas uma Cidade Universitária e, aos poucos, transformando-

se em um pólo tecnológico. Assim, além de abrigar o campus da Universidade Federal do

Rio de Janeiro, contém centros de pesquisas de empresas energéticas e o Parque Tecnológi-

co do Rio de Janeiro.

Por ser uma das áreas mais poluídas da Baía de Guanabara, também apresenta uma neces-

sidade de revitalização para inserir-se na consolidação do Programa de Despoluição da Baía

de Guanabara iniciado em 1994, e que até hoje continua com um longo caminho a percor-

rer.

A Baía de Guanabara, região de onde o Canal do Fundão se situa, amplamente estudada,

apresentando referências e dados consistentes quanto à calibração do estudo hidrodinâmico.

Aliado a isto, atualmente, há o Programa de Revitalização, Urbanização e Recuperação

Ambiental dos Canais do Fundão e do Cunha, que será detalhado na seção 2.5. Este apre-

senta como diretrizes o estudo proposto por LACERDA e ROSMAN (1998), viabilizando o

estudo ao disponibilizar dados atualizados da região de interesse.

Os estudos anteriores sobre a região já apontam como uma das causas para o seu estágio de

degradação o processo de assoreamento que o assola. Atrelado a isto, a possibilidade de

aprofundar os estudos utilizando uma modelagem dos parâmetros de qualidade de água,

torna o estudo interessante no que se refere à gestão ambiental.

No capítulo 2 deste trabalho são retratadas as principais características da área de estudo,

destacando a sua localização, aspectos ambientais, com um breve histórico de intervenções

humanas que justifiquem o atual estágio de degradação e assoreamento da mesma. Neste

item é possível verificar ainda a importância ambiental da Baía de Guanabara para o estado

do Rio de Janeiro, com os principais programas de gestão ambiental realizados

. Há também

a legislação ambiental pertinente à dragagem e ao estudo de qualidade de água. Por fim, é

apresentado o projeto de dragagem do canal e o cinturão de contenção dos efluentes prove-

nientes do Complexo da Maré.

O capítulo 3 consiste na fundamentação teórica do estudo, apresentando a metodologia em-

pregada, com aspectos técnicos dos modelos hidrodinâmico, transporte lagrangeano e de

qualidade de água adotados. Ao detalhar a modelagem de qualidade de água, descreve-se

um histórico da evolução dos modelos na literatura e as principais características dos parâ-

metros de qualidade de água existentes no SisBaHiA

O capítulo 4 é dedicado ao estudo da circulação hidrodinâmica, apresentando os cenários de

simulação empregados, os dados implementados no modelo, tais como a discretização es-

pacial e os parâmetros ambientais da região, as condições de contorno e os principais resul-

tados obtidos com suas respectivas análises.

O capítulo 5 descreve o estudo da qualidade da água, com os seus respectivos cenários, os

dados de implementação obtidos da FEEMA – Fundação Estadual de Engenharia do Meio

Ambiente, e os resultados obtidos, apresentando análises qualitativas dos parâmetros.

O capítulo 6 apresenta as conclusões desta dissertação, com recomendações para comple-

mentação dos estudos apresentados na dissertação.

2. Área de Estudo

Neste capítulo serão abordados os aspectos mais relevantes ao estudo da região de interes-

se. São apresentadas as principais características ambientais da região; um histórico de in-

tervenções a fim de retratar o processo de assoreamento atual; uma breve caracterização da

gestão ambiental, com a contextualização do projeto de dragagem estudado e a legislação

ambiental pertinente ao estudo.

2.1. Localização e Descrição

A região de interesse é o Canal do Fundão localizado entre a Ilha do Fundão e o continente,

com latitude 22°51'31"S e longitude 43°14'9"W aproximadamente, parte integrante da Baía

de Guanabara, no estado do Rio de Janeiro. A Figura 1 apresenta a Baía de Guanabara com

destaque para a região de interesse.

A Baía de Guanabara representa o sistema estuarino principal da qual o canal faz parte,

constituindo-se no maior e mais importante estuário do estado do Rio de Janeiro. Localiza-

da entre as latitudes 22º40' e 23º05' Sul e longitudes 43º00' e 43º20' Oeste, possui um espe-

lho d’água de aproximadamente 384km² de área, circundando um perímetro de 131 km e

comportando um volume aproximado de 3×10

m³ (SEMADS, 2001). Sua bacia de drena-

gem possui aproximadamente 4.000 km², englobando grande parte da Região Metropolita-

na do Rio de Janeiro, com 15 municípios, onde nove estão incluídos integralmente: Duque

de Caxias, São João de Meriti, Belford Roxo, Nilópolis, São Gonçalo, Magé, Guapimirim,

Itaboraí e Tanguá; e seis parcialmente: Rio de Janeiro, Niterói, Nova Iguaçu, Cachoeiras de

Macacu, Rio Bonito e Petrópolis. Tal configuração já retrata a intervenção do homem, com

processos de assoreamentos e aterros. Segundo AMADOR (1997), em 1500 a Baía de Gua-

nabara apresentava um espelho d’água de aproximadamente 468km². Sua configuração

atual apresenta, portanto, uma redução de cerca de 30% de sua área original.

Figura 1. Representação geográfica da Baía de Guanabara - RJ, com a região de estudo em destaque e

o limite sul da baía tracejado em amarelo, considerado por KJERFVE et al (1997) e o limite sul trace-

jado em vermelho, dado por AMADOR (1997) e considerado nesta dissertação .

FONTE: FEEMA, 2007.

Sua rede de drenagem apresenta um total aproximado de 55 rios e canais, dentre os quais

muitos apresentam-se retificados. (IBG, 2007). A descarga líquida total da baía de Guana-

bara, em termos médios anuais, é de aproximadamente 351m³/s, oscilando entre o mínimo

de 167m³/s para meses de inverno e de 552m³/s para o mês de fevereiro, característico do

verão. (SCHEEFFER, 2001).

Ilha do Fundão

Os estudiosos têm opiniões divergentes quanto à definição dos limites ao sul da Baía de

Guanabara. A delimitação mais aceita na literatura, dada por AMADOR (1997), trata-se do

arco formado entre a praia de Copacabana e a praia de Itaipu, incluindo as ilhas do Pai, da

Mãe e da Menina, conforme apresentado na Figura 1. Com esta configuração, a baía apre-

senta uma extensão máxima de aproximadamente 34km no sentido norte-sul, partindo-se da

foz do rio Iriri até a ponta da praia de Copacabana na altura do Forte de Copacabana, e

25,7km no sentido leste-oeste. Apresenta uma garganta na entrada da baía com largura mí-

nima de 1,6km aproximadamente. (SAMPAIO, 2003). Segundo KJERFVE et al (1997), a

profundidade média da baía é de 5,7m, considerando o limite sul entre o Forte de São João

no lado oeste e o Forte Santa Cruz, no lado leste. Para AMADOR (1997), MELO (2004)

Apud DIAS &QUARESMA (1997), a profundidade média estaria em torno de 7,6m, devi-

do à influência das partes mais profundas com a extensão do limite sul. As maiores profun-

didades da baía chegam a atingir 50m e estão confinadas no estreitamento que ocorre entre

os Fortes de São João e Santa Cruz.

Segundo LIMA (2006), devido à alta densidade populacional da parte oeste da bacia, pro-

veniente dos municípios do Rio de Janeiro, Nova Iguaçu, Duque de Caxias, São João de

Meriti e Nilopólis, o que representa cerca de 80% de toda população da bacia, há uma alta

contribuição de efluentes domésticos e industriais. Entretanto, apenas uma pequena parte

destes esgotos é tratada corretamente.

O canal do Cunha deságua no Canal do Fundão, tendo como seus principais rios o Jacaré e

o Faria-Timbó, com uma área aproximada da sub-bacia de 63,6 Km². (COELHO, 2007).

Coleta a água de rios que atravessam áreas densamente povoadas dos subúrbios, como os

bairros de Cascadura, Piedade, Lins de Vasconcelos, Engenho de Dentro, Inhaúma, Maria

da Graça e São Cristóvão. Apresenta-se em estado de forte degradação por conta do grande

aporte de efluentes domésticos e industriais. (IBG, 2007).

A Figura 2 destaca a delimitação dos canais considerados no estudo. A Figura 3 e a Figura

4 retratam o grau de assoreamento e poluição atual do Canal do Fundão.

Figura 2. Delimitação do Canal do Fundão na Baía de Guanabara-RJ, e parte do Canal do Cunha con-

siderada no modelo, afluente da baía.

FONTE: GOOGLE EARTH, 2009.

Figura 3. Trecho do Canal do Fundão completamente assoreado e poluído.

FONTE: MOSCATELLI, 2007.

Figura 4. Trecho do Canal do Fundão completamente assoreado e poluído, próximo à bacia de evolução

do terminal de containeres da I

NTERCAN.

FONTE: MOSCATELLI, 2007.

A Ilha do Fundão, circundada pelos canais, apresenta atualmente, além do maior campus da

Universidade Federal do Rio de Janeiro, alguns centros de pesquisas tecnológicas. Os prin-

cipais são: o Instituto de Engenharia Nuclear da CNEN – Comissão Nacional de Energia

Nuclear, o Centro de Pesquisas e Desenvolvimento Leopoldo Américo Miguez de Mello -

CENPES da Petrobras e em construção a ampliação deste centro, o Centro de Pesquisas de

Energia Elétrica – CEPEL, o Centro de Tecnologia Mineral – CETEM e o Parque Tecnoló-

gico do Rio de Janeiro. A inserção destes centros tecnológicos na ilha representa uma mu-

dança estratégica de transformá-la em um pólo tecnológico, diferentemente do objetivo

inicial de sua criação, que consistia em ser apenas uma Cidade Universitária.

2.2. Uma Perspectiva Histórica da Questão Ambiental da Região

O histórico de intervenções na região tem seu início em 1949 com a criação da Ilha do

Fundão. Esta surgiu a partir de um grande aterro, no período entre 1949 e 1952, com a fu-

são do arquipélago de oito ilhas: Fundão, Baiacu, Cabras, Pindaí do Ferreira, Pindaí do

França, Catalão, Bom Jesus ou Caqueirada e Sapucaia, que representava o antigo vazadou-

ro de lixo da cidade do Rio de Janeiro. Esta obra totalizou uma superfície de 5,9 milhões de

metros quadrados. A circulação das águas que anteriormente era feita por oito canais com

largura aproximada de 1.600m, já em 1957 passou a ser realizada por apenas dois canais,

Fundão e Ilha dos Pinheiros, com largura total inferior a 500m. (COELHO, 2007).

Ilha do Catalão

Ilha das Cabras

Ilha do Fundão

Ilha da Sapucaia

Ilha do Bom Jesus

Ilha Baiacu

Ilha Pindaí do França

Ilha Pindaí do Ferreira

Figura 5. Projeto de criação da Ilha do Fundão, com a fusão do arquipélago formado por oito ilhas,

criado em 1949.

FONTE: Adaptado de MENEZES, 2004.

Na mesma época, mais ao norte, na região oeste da Ilha do Governador, desapareceram

com o aterro, as ilhas do Boticário e da Santa Rosa para a criação do Aeroporto Internacio-

nal do Rio de Janeiro – Antonio Carlos Jobim, antigo Galeão. Posteriormente, durante a

construção da segunda etapa do Aeroporto, desapareceram as praias de Tubiacanga, dos

Gregos, do Itacolomi e das Flecheiras devido aos aterros realizados. Tais fatos proporciona-

ram um estreitamento da região e, consequentemente, uma redução do escoamento.

(COELHO, 2007).

Nas décadas de 1950 e 1960 houve uma forte estratificação espacial da cidade do Rio de

Janeiro, por conta de uma reorganização industrial e habitacional próxima à via expressa de

maior importância para época, a Avenida Brasil. Esta via representava a maior estrada de

ligação da cidade, com cinquenta e oito quilômetros de extensão, ligando a rodovia BR 101

norte com a atual Ponte Rio Niterói à BR 101 sul, conhecida como rodovia Rio-Santos.

Destaca-se nesta reorganização, a remoção de favelas cujos moradores vieram a se instalar

em centros de habitação provisória - CHP, próximos ao atual Canal do Cunha. Para isto,

foram realizados diversos aterros e canalizações de rios da bacia deste canal tais como os

rios Faleiro, Frangos, Méier, Timbó, Farias, Salgado, Jacaré e D. Carlos. Outra obra de i-

gual importância realizada na região foi a união dos antigos canais de Benfica e Mangui-

nhos para o então atual Canal do Cunha (CH SERVIÇOS AMBIENTAIS, 2008).

A ocupação desordenada também proporcionou o assoreamento e a poluição dos canais. À

margem dos canais está o Complexo da Maré, que representa atualmente um conjunto de

dezesseis comunidades espalhadas em 800 mil metros quadrados entre a Av. Brasil e a

margem da Baía de Guanabara, sendo cortado pela vias expressas Linha Vermelha e Linha

Amarela. O início da ocupação ocorreu em uma região pantanosa, com instalação de barra-

cos e palafitas, sendo os mangues progressivamente aterrados (VAZ, 1994). Novos aterros

na região foram gerados na década de 80, com o Projeto Rio do Governo Federal, transfe-

rindo os habitantes das palafitas para construções pré-fabricadas. Tal projeto culminou com

a criação das comunidades Vila do João, Vila do Pinheiro, Conjunto Pinheiro e Conjunto

Esperança. Ao longo das décadas de 80 e 90 a região também recebeu moradores de áreas

de risco da cidade em moradias construídas na Nova Maré e Bento Ribeiro Dantas (CH

SERVIÇOS AMBIENTAIS, 2008). A Tabela 1 apresenta a cronologia da criação das co-

munidades do Complexo da Maré. Entretanto, toda esta ocupação não foi acompanhada por

uma infra-estrutura urbana. Há deste modo, lançamentos de efluentes domésticos in natura

e lixos nos rios adjacentes.

Esta obra do Projeto Rio do Governo Federal, dentre outros fatores, gerou uma grande rup-

tura no fundo do Canal do Fundão pelo excesso de carregamento do aterro. Isto promoveu

uma elevação do fundo ao longo de todo o canal. Outro efeito resultante desta obra foi o

assoreamento posterior e contínuo, devido à região aterrada estar completamente plana e

com finos provenientes da dragagem. (LACERDA & ROSMAN, 1998).

Tabela 1. Cronologia da criação das comunidades do Complexo da Maré

Origem Comunidade

1940 Morro do Timbau

1947 Baixa do Sapateiro

1948 Conjunto Marcílio Dias

1953 Parque Maré

1955 Parque Roquete Pinto

1961 Parque Rubens Vaz

1961 Parque União

1962 Nova Holanda

1962 Praia de Ramos

1982 Conjunto Esperança

1982 Vila do João

1989 Vila do Pinheiro

1989 Conjunto Pinheiro

1992 Conjunto Bento Ribeiro Dantas

1996 Nova Maré

2000 Salsa e Merengue

FONTE: VARELLA et al., 2002.

A Bacia do Canal do Cunha é uma das principais responsáveis pelo lançamento de grande

volume de lixo e esgoto na Baía de Guanabara. Outro problema desta região é a poluição

proveniente de efluentes industriais. A Refinaria de Manguinhos e algumas fábricas de tin-

tas que margeiam o canal contribuem para lançamento de metais pesados e contaminantes

neste canal. (COELHO, 2007). Esta região é indicada como sendo a área da cidade do Rio

de Janeiro que possui o maior número de favelas. (SERLA, 2007).

Outras obras igualmente importantes para a estagnação hídrica da região são as pontes e

vias de acesso construídas. Tais obras ocasionaram estrangulamentos pontuais nos canais,

reduzindo a seção hidráulica efetiva dos mesmos. Os principais deles são os causados pelas

pontes de acesso à ilha do Fundão e pela ponte Oswaldo Cruz. Particularmente, o trecho

entre a embocadura do canal do Cunha e a ponte Oswaldo Cruz, apresenta-se extremamente

assoreado, onde nas situações de baixa-mar exibe bancos de vaza negra, sem qualquer cir-

culação hídrica aparente. (LACERDA & ROSMAN, 1998). A Figura 6 apresenta a locali-

zação de tais pontes, com sua respectiva identificação.

Figura 6. Identificação das três pontes que transpassam o Canal do Fundão.

FONTE: GOOGLE EARTH, 2009.

A Figura 7 apresenta a obra de construção da Ponte Jorge Amado em 2000. É a ponte mais

recente da região. Nesta imagem já se percebe o assoreamento do canal e a influência da

ponte para a redução da seção hidráulica do mesmo.

Figura 7. Imagem da construção da Alça da Linha Amarela - ponte Jorge Amado, em 2000. Destaca-se

a quantidade de lixo na margem do canal e as seções dos pilares, que reduziram significativamente a

seção hidráulica do Canal do Fundão, já bastante assoreado.

FONTE: FOLLETO, 2000.

Referente aos parâmetros de qualidade de água, segundo a FEEMA (1998), a área da Baía

de Guanabara que apresenta água de pior qualidade, possui níveis de Oxigênio Dissolvido

abaixo de 1 mg/L, DBO de até 50 mg/L, além de elevados níveis de nutrientes tais como

Nitrogênio, Fósforo e de Coliformes fecais, está localizada no canal entre as Ilhas do Go-

vernador e do Fundão e o continente. Isto se deve basicamente aos lançamentos significati-

vos de efluentes brutos ou parcialmente tratados, provenientes das áreas industriais e resi-

denciais de baixa renda nas áreas ao norte do Município do Rio de Janeiro. A influência do

movimento de maré é limitada nessa área, uma vez que a deposição de sedimentos reduziu

as seções transversais do canal. A qualidade da água é similar a dos esgotos sanitários par-

cialmente tratados. Dessa forma, problemas de odor também são significativos. Essa região

recebe uma carga poluidora considerável, proveniente das indústrias e das novas áreas resi-

denciais da Baixada Fluminense, compreendendo os municípios de Duque de Caxias, São

João de Meriti, Belford Roxo, Nilópolis e Nova Iguaçu.

Ainda de acordo com a FEEMA (1998), com o projeto de saneamento, alterações rápidas

na qualidade da água não surtirão efeitos, a menos que ocorra uma redução das contribui-

ções da carga orgânica de poluição lançada na Baía de Guanabara. Assim, segundo a mes-

ma, as mudanças serão lentas e com melhorias de certos parâmetros em detrimento de ou-

tros, atingindo apenas em longo prazo uma melhoria efetiva da qualidade de água.

2.3. Gestão Ambiental na Região

Na Baía de Guanabara, diversos estudos foram elaborados desde a década de 1940 e várias

medidas de controle foram tomadas. Entretanto, nenhuma foi capaz de reverter o processo

geral de poluição e contaminação. Com o tempo, o conhecimento sobre o assunto aumentou

e os problemas se modificaram, exigindo assim, novas soluções. (COELHO, 2007). Dentre

estes diversos estudos, vários apontam o problema do assoreamento dos canais como a

grande causa para a degradação da região, visto a deficiência da circulação hidrodinâmica

que contribuiu para a transformação do canal do Fundão em um grande reservatório de po-

luição proveniente do Canal do Cunha.

Em maio de 1991, a FEEMA publicou um extenso trabalho intitulado “Qualidade das á-

guas do estado do Rio de Janeiro”. Foi possível uma comparação dos dados históricos exis-

tentes e uma avaliação de tendências. Os principais períodos considerados foram: 1968, ano

da primeira amostragem sistemática da baía; 1975-1976, quando foram feitas amostragens

intensivas para a calibração dos modelos bidimensionais de qualidade de água e os períodos

de 1980-1986 e 1987-1989. O estudo concluiu que a região próxima à Ilha do Governador e

à Ilha do Fundão representa uma das mais poluídas da baía e com uma piora significativa

da qualidade de água, principalmente em termos de poluição orgânica. (COELHO, 2007).

A partir da década de 90, a Baía de Guanabara e seus problemas tiveram maior destaque na

pesquisa devido aos dois marcos na área ambiental. O primeiro deles foi a Eco-92 – Confe-

rência das Nações Unidas para o Meio Ambiente que teve sede no Rio de Janeiro. O segun-

do foi o Estudo do Plano Diretor para Recuperação do Ecossistema da Baía de Guanabara,

entre março de 1992 e março de 1994. Em 1994, foi assinado o Programa de Despoluição

da Baía de Guanabara – PDBG, cooperação técnica entre os governos brasileiro e japonês

através da JICA – Japan International Cooperation Agency. Tinha por objetivo inicial o

saneamento básico na bacia, com ênfase na coleta e tratamento de esgotos para o controle

da poluição da baía.

Em 2001, o governo brasileiro solicitou uma nova cooperação técnica com os japoneses

através da empresa Pacific Consultants International, em associação com a Nihon Suido

Consultants. Teve início em março de 2002 e terminou em agosto de 2003, intitulando o

estudo de “Gestão e Melhoria das Condições Ambientais da Baía de Guanabara”. Tratava-

se de uma avaliação das medidas propostas no Plano Diretor de 1994 e das razões para que

as soluções propostas não terem surtido efeitos. Neste estudo, os principais objetivos de

qualidade de água obtidos seriam a redução de DBO para os canais próximos a Ilha do Go-

vernador e Ilha do Fundão, conforme apresentado na Tabela 2.

Tabela 2. Principais objetivos de qualidade de água do estudo de Gestão e melhoria das condições am-

bientais da Baía de Guanabara em 2003.

Objetivo de Qualidade de Água

Concentrações de DBO

para atingir objetivos

Observações

Objetivo A

Remoção das condições

objetáveis nos canais das

ilhas do Governador e

Fundão.

DBO menor que 10mg/l em

todas as estações de amos-

tragem.

Foi considerado que uma concen-

tração máxima de 10mg/l de DBO

não gera condições sépticas.

Objetivo B

Classificação das águas

da baía de acordo com a

DZ105 da FEEMA.

DBO menor que 5mg/l em

todas as estações de amos-

tragem, exceto na GN022 e

GN043.

Esta classificação corresponde à

classe 1 de águas salinas da

CONAMA 357/05, exceto nas áreas

de porto.

FONTE: PACIFIC CONSULTANTS INTERNATIONAL, 2003.

Nas simulações realizadas pelo modelo de eutrofização da baía, o objetivo A poderia ser

atingido com a implantação do tratamento dos esgotos da zona oeste da baía, utilizando

tratamento secundário quimicamente assistido. A medida deveria resultar em reduções de

90% da carga de DBO, 30% de nitrogênio total e 50% do fósforo total. Tratava-se de um

objetivo de curto prazo, que deveria ser atingido em 2010. Entretanto, constatou-se que as

obras de esgotamento sanitário ainda não surtiram os efeitos desejados porque a vazão de

esgotos domésticos que chega às estações é muito menor do que a planejada. Especialmente

nos canais entre o continente e as ilhas do Governador e do Fundão, é necessário ampliar a

cobertura do sistema de esgotamento sanitário nas bacias da região oeste que incluem as

regiões de Pavuna, Acari, Bangu e Sarapuí. (COELHO, 2007).

O primeiro estudo sobre a obra de dragagem dos canais ocorreu em 1998, quando a Funda-

ção SERLA – Fundação Superintendência Estadual de Rios e Lagoas solicitou à Fundação

COPPETEC – Fundação de Coordenação de Projetos, Pesquisas e Estudos Tecnológicos,

um estudo hidrodinâmico e geotécnico para revitalização da circulação no Canal do Fundão

e no Canal do Cunha. A obra proposta constituía a desobstrução de estrangulamentos pon-

tuais no Canal do Fundão, onde passaria a apresentar uma seção hidráulica efetiva de no

mínimo 300m² e a dragagem da calha central do Canal do Fundão e parte do Canal do Cu-

nha. Neste estudo foram analisadas, através da modelagem computacional, a situação atual

e futura, sendo que esta foi estudada com hipóteses de altura de dragagem, até que fosse

escolhida a mais viável. Para cada situação foi analisado o comportamento hidrodinâmico

nas quatro fases de uma maré de sizígia típica: preamar, meia maré vazante, baixa-mar e

meia maré enchente. A situação futura recomendada foi a que estabelecia o rebaixamento

da cota de fundo para até 4,25m abaixo da superfície livre de água.

No estudo geotécnico, foram coletadas amostras do material a ser dragado para uma carac-

terização geotécnica, mineralógica e físico-química. Tal estudo pretendia uma avaliação do

tipo e do nível de contaminação destes sedimentos, a fim de definir o processo de dragagem

e a forma de disposição. Também foram coletadas amostras de solo da área potencial de

disposição da Ilha do Fundão. O estudo pretendia avaliar a qualidade do solo de fundação

quanto ao aproveitamento como material para utilização em novos aterros e ao grau de es-

tanqueidade em relação à possível migração de contaminantes para o subsolo, após a dispo-

sição do material dragado. O estudo mostrou que o material a ser dragado consistia na mai-

oria de lodo argiloso. Entretanto, em regiões com maiores correntes e maior profundidade,

os sedimentos arenosos são predominantes.

Quanto à qualidade ambiental, o estudo geotécnico realizou a análise dos seguintes parâme-

tros:

Água do Canal do Fundão: pH, E

, CEE, OD – Oxigênio Dissolvido, DQO – De-

manda Química de Oxigênio, DBO

, Coliformes totais e fecais, Óleos e Graxas, HPAs –

Hidrocarbonetos Policíclicos Aromáticos;

Água intersticial do sedimento: pH, E

, CEE, OD, DQO, Concentrações Iônicas,

Óleos e Graxas, HPAs;

Sedimento: Metais pesados (Cd, Cu, Cr, Ni, Hg, Pb e Zn), Óleos e Graxas, HPAs.

A análise realizada concluiu que a água do Canal do Fundão apresenta condições críticas

para balneabilidade e sobrevivência da biota. Também foi constatado que a mesma sofrerá

uma grande melhoria ambiental com a revitalização da circulação hidrodinâmica. Entretan-

to, a efetividade do resultado se dará mediante o controle dos despejos na área de contribui-

ção. Ainda foi detectada a contaminação por compostos orgânicos, sobretudo na saída do

Canal do Cunha. Inferiu-se através destes resultados que este canal representa a principal

fonte de contaminação, e que o fundo do Canal do Fundão está funcionando como um re-

servatório de contaminação por conta da estagnação hidrodinâmica. Por fim, foi realizado

um estudo de estabilidade geotécnica, onde foi estabelecida a geometria das seções de dra-

gagem que não ofereçam riscos às demais estruturas adjacentes ao canal.

Com este estudo foram estabelecidas as seguintes recomendações:

 Remoção preliminar dos objetos volumosos e da camada de lixo, encaminhando

para um aterro de resíduos urbanos;

 Dragagem do primeiro metro com material contaminado por compostos orgânicos

perigosos e recalcitrantes, com disposição separada e preparada para este material;

 Dragagem por sucção e recalque do material restante de forma contínua e passível

de disposição em meio aquático ou em terra;

 Devido à contaminação por HPAs, foi sugerido que a mistura fosse encaminhada

para uma bacia de disposição, na qual todos os compostos irão se precipitar dentro

de um sistema controlado;

2.4. Legislação Pertinente

Na esfera federal, a legislação pertinente ao estudo de qualidade de água é a Resolução

CONAMA nº357, de 17 de março 2005, que dispõe sobre a classificação dos corpos de

água e diretrizes ambientais para o seu enquadramento, além de estabelecer as condições e

padrões de lançamento de efluentes. A qualidade de um corpo hídrico, segundo esta legis-

lação, é um parâmetro relativo. Dependerá da finalidade do uso da água. Esta visão permite

uma gestão ambiental compatível com o uso potencial do corpo hídrico.

Especificamente à fase de dragagem, ainda na esfera federal, há a Resolução CONAMA nº.

344 de 24 de março de 2004, que estabelece as diretrizes gerais e os procedimentos míni-

mos para a avaliação do material a ser dragado em águas jurisdicionais brasileiras. Esta

Resolução tomou como base o estabelecido pela Convenção de Londres – 1972, que dentre

outros assuntos, tratou da prevenção de poluição marinha por alojamento de resíduos e ou-

tros materiais através da promulgação do Decreto nº. 87.566 de 16 de setembro de 1982.

Assim, segundo a legislação, esta fase estará sujeita ao Licenciamento Ambiental, com base

em estudos ambientais e obrigatoriedade de monitoramento da atividade. As diretrizes e

procedimentos mínimos para a avaliação do material dragado estão baseados na norma 111

de 26 de outubro de 2001, da Companhia de Tecnologia de Saneamento Ambiental –

CETESB, visando ao gerenciamento da disposição adequada do mesmo até que sejam esta-

belecidos os valores orientadores nacionais pelo Conselho Nacional do Meio Ambiente.

Esta resolução trata, dentre diversos procedimentos, do número mínimo de amostras para a

caracterização de sedimentos, em função do volume a ser dragado, conforme apresentado

na Tabela 3.

Tabela 3. Número mínimo de amostras para a caracterização de sedimentos

Volume a ser dragado [m³] Número de Amostras

Até 25.000 3

Entre 25.000 e 100.000 4 a 6

Entre 100.000 e 500.000 7 a 15

Entre 500.000 e 2.000.000 16 a 30

Acima de 2.000.000 10 extras por 1 milhão de m³

FONTE: Resolução CONAMA 344/04.

A legislação estadual, no que tange à gestão ambiental, deve ser igual ou mais restritiva que

a legislação federal. Neste sentido, a FEEMA apresenta a lei nº. 650, de 11 de janeiro de

1983, que dispõe sobre a política de defesa e proteção das bacias fluviais e lacustres do Rio

de Janeiro. Esta política tem por objetivo o estabelecimento de normas de proteção, conser-

vação e fiscalização dos lagos, estuários, canais e cursos d’água sob jurisdição estadual.

Esta lei estabelece a SERLA como o órgão com poder de polícia e executor de medidas

técnico-administrativas sobre as terras marginais, cursos e coleções de água de domínio

estadual. Neste sentido, qualquer execução de obras e serviços que interfiram nos lagos, nos

canais ou nas correntes deve ser submetida à aprovação e prévia autorização da SERLA.

Há também a lei nº. 1.700, de 29 de agosto de 1990 que estabelece medidas de proteção

ambiental para a Baía de Guanabara. Segundo o art.1º da referida lei, tem-se:

“

Fica proibida a execução de qualquer obra que signifique aterro na Baia de Guanabara,

independente do volume do mesmo, sem que o interessado haja obtido manifestação favorá-

vel do Ministério da Marinha e prévia e expressa licença ambiental concedida pela Comis-

são Estadual de Controle Ambiental – CECA..”

Segundo esta lei, para a concessão da licença estadual, o projeto deverá elaborar um estudo

de impacto ambiental e seu respectivo relatório de impacto ambiental – EIA/RIMA.

A divulgação de dados relativos ao controle de poluição no Estado do Rio de Janeiro está

submetida à lei nº. 855, de 17 de junho de 1985. Esta lei encarrega o Poder Executivo de

divulgar, mensalmente, os dados e informações referentes à qualidade de água, do ar e po-

luição sonora, resultados de amostragem periódica na sede do órgão competente e no Diário

Oficial do Estado.

Na esfera de diretrizes, a FEEMA apresenta a DZ-105 R-1, que classifica as águas da Baía

de Guanabara e da orla oceânica adjacente, segundo os usos benéficos propostos. Nesta

diretriz, a Baía de Guanabara foi dividida em 56 segmentos, onde os mesmos foram carac-

terizados para os seus usos. O Canal do Fundão apresentou apenas os usos benéficos de

diluição de despejos, navegação e uso estético. Isto retrata o seu grau de poluição.

No que diz respeito à classificação dos afluentes da Baía de Guanabara perante os usos be-

néficos, a FEEMA apresenta a diretriz DZ-106 R-0. Para a região de interesse, há o Canal

do Cunha e seus afluentes, com os rios Faria, Timbó e Jacaré. Estes apresentam como pos-

sibilidades de usos benéficos apenas o despejo de efluentes e uso estético.

Para a obra de dragagem, a FEEMA apresenta a diretriz 1845 que estabelece os critérios

para o licenciamento ambiental de dragagem em ambientes costeiros e sistemas hídricos

interiores. Abrange os procedimentos para a disposição final do material dragado em ambi-

entes costeiros e em terra, no âmbito da iniciativa pública e privada, como parte integrante

do Sistema de Licenciamento de Atividades Poluidoras - SLAP. Esta diretriz também se

baseou nos procedimentos adotados pela Convenção de Londres – 1972 para a dragagem e

disposição no mar através do Dredged Material Assessment Framework – DMAF-1995.

Esta diretriz apresenta nos seus anexos I e II, através de fluxogramas, a estrutura geral para

gerenciamento do material dragado e os procedimentos para a disposição final de material

dragado em terra, conforme a Figura 8e a Figura 9.

Figura 8. Estrutura Geral para Gerenciamento do material dragado.

FONTE: DZ-1485-R3/FEEMA. (retirado de PIANC, 1997 – Dredged Material Management Guide).

Figura 9. Procedimentos para a Disposição Final do Material Dragado em Terra

FONTE: DZ-1485-R3/FEEMA.

Em 08 de março de 2007, foi homologada a lei estadual nº. 5.000, que complementa a lei

1.356/88 sobre os procedimentos vinculados à elaboração, análise e aprovação dos estudos

de impacto ambiental. Esta lei acrescenta o seguinte parágrafo no art. 1º:

“§ 10 - As obras ou serviços de dragagem em ambientes costeiros e de drenagem e draga-

gem de sistemas hídricos interiores, incluindo a disposição final do material draga-

do/escavado em ambientes costeiros e em terra no âmbito da iniciativa pública e privada,

destinadas à recuperação de áreas alagáveis, contaminadas ou degradadas, poderão ser

submetidas ao regime de licenciamento simplificado com a apresentação de um “Relatório

Ambiental Simplificado – RAS” mediante parecer técnico da Fundação Estadual de Enge-

nharia do Meio Ambiente - FEEMA - que conclua pela ausência de potencial e significativo

dano ambiental, e com base nas Diretrizes Técnicas da FEEMA concernentes ao Licencia-

mento Ambiental de Dragagem e Disposição Final de Material.”

A dragagem do Canal do Fundão está submetida a esta legislação, e conforme parecer téc-

nico da FEEMA, o projeto foi incumbido de elaborar apenas um Relatório Ambiental Sim-

plificado, sem a necessidade do EIA/RIMA. Este relatório, dentre outros aspectos, avalia os

possíveis impactos ambientais às seguintes áreas: de intervenção - AI, de influência direta –

AID, de influência indireta – AII e as das bacias dos canais do Cunha e do Fundão.

Este projeto é financiado pela Petrobras como parte de uma compensação ambiental do

empreendimento COMPERJ – Complexo Petroquímico do Rio de Janeiro, em Itaboraí.

Este instrumento foi instituído pela Lei nº. 9985 de 18 de junho de 2000. Nesta lei, através

do artigo 36, é consolidado o conceito de compensação ambiental, tratando-se de um meca-

nismo financeiro de compensação pelos efeitos não mitigáveis ocorridos durante a implan-

tação de empreendimentos e identificados durante os seus processos de licenciamento.

Para fins de fixação do percentual da compensação ambiental, serão avaliados os impactos

negativos não mitigáveis, a partir do estudo prévio de impacto ambiental – EIA. Os percen-

tuais serão taxados a partir de meio ponto percentual dos custos totais previstos para a im-

plantação do empreendimento.

2.5. O Projeto de Dragagem

A operação de dragagem é uma das fases críticas da obra, podendo por si só causar impacto

ao meio. Isto se deve ao fato de que, dependendo do tipo de equipamento utilizado e proce-

dimento de operação, pode ressuspender sedimentos contaminados do fundo para a coluna

d’água. A utilização da dragagem como forma de revitalização ambiental é aplicada quando

o meio apresenta forte influência do processo de assoreamento, impedindo o processo natu-

ral de renovação das massas d’águas e capacidade de autodepuração do corpo hídrico. Os

principais objetivos de uma operação de dragagem são: estabelecer ou manter a profundi-

dade satisfatória em portos, docas, rios e canais, de modo a permitir a navegação; promover

a limpeza de ambientes aquáticos, auxiliar na abertura de canais de drenagem e irrigação, e

facilitar a exploração econômica de areia, cascalho e minérios.

As dragagens podem ser caracterizadas nos seguintes tipos: implantação, manutenção, am-

biental e de mineração. A dragagem de implantação refere-se à operação para implantação

de canais de acesso e bacias de evolução em áreas costeiras, alargamento ou aprofundamen-

to de canais submersos de navegação existentes em áreas portuárias, obras hidráulicas que

alterem o curso natural de qualquer corpo hídrico e outros fins de obras de engenharia. Já a

dragagem de manutenção necessita de uma periodicidade, em locais já dragados e, que por

falta de estabilidade ou por processo acelerado de assoreamento, necessite de constantes

intervenções para manter a profundidade e/ou traçado do canal de projeto ou calha de cor-

pos hídricos, quando a lâmina d’água é constantemente reduzida. Já a dragagem ambiental

consiste na retirada de sedimentos contaminados em um corpo hídrico, que podem trazer

danos ao ambiente ou à saúde humana pela presença de concentrações de elementos físicos,

químicos ou biológicos acima das concentrações permitidas pela legislação pertinente. Por

fim, a dragagem de mineração está diretamente relacionada à extração de minerais de valor

econômico. (ALMEIDA, 1999).

Segundo ALMEIDA (1999) apud GÓES (1998), a estrutura de uma atividade de dragagem

envolve quatro fases: de planejamento do projeto de dragagem; investigações do material,

realizadas em campo e laboratório; gerenciamento da dragagem, disposição ou aproveita-

mento do material dragado; e monitoramento posterior à dragagem e da área de disposição,

quando necessário. A fase de planejamento deve contemplar os aspectos qualitativos e

quantitativos do material dragado, as alternativas de disposição e os aspectos legais associ-

ados ao licenciamento ambiental, além do local de disposição. Já o programa de investiga-

ção envolve as etapas de investigações de campo, os ensaios de laboratório e o local mais

apropriado para a disposição final. Esta fase deve ser extremamente detalhada, principal-

mente quanto ao volume a ser dragado, já que este cálculo impacta significativamente no

custo da operação. Outros fatores importantes são o nível de contaminação do sedimento,

características geomorfológicas da área a ser dragada e o meio biótico.

Segundo ALMEIDA (2004), ao ser avaliada a necessidade de dragagem, deve-se investigar

a aplicação de medidas combinadas para o reaproveitamento do material dragado, buscando

experiências técnicas anteriores comprovadamente bem sucedidas. Em caso de não existir a

possibilidade de aproveitamento imediato, deve-se realizar um estudo de caracterização do

sedimento dragado, a fim de realizar o gerenciamento das alternativas de disposição.

A dragagem do Canal do Fundão se enquadra dentro do escopo do Programa de Despolui-

ção da Baía de Guanabara – PDBG, onde o projeto inicial previa a execução de dragagem e

ampliação do canal em toda a sua extensão. Representa uma parceria da Secretaria Estadual

do Ambiente – SEA, com a Petrobras, responsável pelo financiamento, e com a UFRJ, res-

ponsável pelo estudo técnico e pela liberação de parte de seu terreno para disposição de

parte do material dragado. A empresa executante do projeto é a Interdraga Consultoria e

Serviços de Dragagem Ltda. (SERLA, 2007).

O projeto consiste na dragagem de cerca de 6,5 km de extensão da calha central de todo

Canal do Fundão e parte do Canal do Cunha. Serão retirados aproximadamente 2,24 mi-

lhões de metros cúbicos de material poluente, com peso equivalente aproximado de

980.000t. (CH SERVIÇOS AMBIENTAIS, 2008). A Figura 10 apresenta a área estimada

de dragagem no Relatório Ambiental Simplificado.

Figura 10. Área de dragagem prevista.

FONTE: CH SERVIÇOS AMBIENTAIS, 2008.

Ainda segundo CH SERVIÇOS AMBIENTAIS (2008), o Projeto de Revitalização dos Ca-

nais apresenta como objetivo fundamental a revitalização hidrodinâmica do Canal do Fun-

dão e do trecho junto à foz do Canal do Cunha. Visa a remover sedimentos contaminados e

não contaminados desses corpos d’água. O manejo e a disposição dos sedimentos contami-

nados serão realizados a partir de métodos construtivos e tecnologias que minimizem os

impactos ambientais, tendo em conta as particularidades das áreas selecionadas para dispo-

sição final. Segundo SERLA (2007), os objetivos secundários deste projeto para a região

são os listados a seguir:

 Restituição da qualidade ambiental do Canal do Fundão e seu entorno, por tratar-se

atualmente de uma região crítica com forte degradação física, biológica e química;

 Valorização paisagística, turística e urbanística da região na condição de principal

entrada e saída do Rio de Janeiro;

 Devolução às comunidades do entorno um espaço vital que lhes proporcione me-

lhor qualidade de vida, com mais beleza e mais opções de lazer;

 Valorização da responsabilidade da UFRJ na dupla missão de zelar pela saúde do

ecossistema e interagir pro - ativamente com a população circunvizinha;

 Disponibilização de mecanismos legais que favoreçam uma nova gestão de recur-

sos hídricos e ambientais da bacia da região em foco;

 Programa de restabelecimento do ecossistema aquático e programa de redução da

contaminação afluente e contenção de detritos;

 A melhoria consistente na área ao entorno do canal onde reside a Comunidade da

Maré, com cerca de 150 mil habitantes, e com atividades de lazer e pesca artesa-

nal.

O projeto completo de recuperação do canal prevê medidas posteriores à dragagem do ca-

nal, tais como um programa de educação ambiental para a população do Complexo da Ma-

ré. Tal medida é fundamental para a garantia das condições estabelecidas com a obra, já

que o problema de lançamento de lixos e esgotos inviabiliza qualquer projeto de despolui-

ção.

2.5.1. Tipos de Equipamentos

A escolha dos equipamentos de dragagem depende, em geral, da altura da lâmina d’água da

região e do comportamento da maré. Outros fatores que influenciam o tipo de equipamento

utilizado no processo são: o material a ser removido e a sensibilidade do meio ao processo

em si. Segundo ALMEIDA (1999), os equipamentos mais utilizados estão listados na

Tabela 4. Tais equipamentos são classificados em mecânicos e hidráulicos segundo a sua

operação. Nos equipamentos ditos mecânicos há predominância da força maquinal para

remoção do material dragado, normalmente o uso de batelões lameiros. Os equipamentos

hidráulicos utilizam bombas, que são dimensionadas a partir do tipo de solo e da distância

do transporte a ser realizado.

Tabela 4. Principais Equipamentos utilizados em dragagem.

Equipamentos Tipo Principais Aplicações

Caçamba de mandíbulas Mecânico

Canais com pouca profundidade e com materiais indesejáveis no

fundo, tais como lixo.

Draga de Alcatruzes

(Bucket)

Mecânico

Canais com profundidades variáveis e materiais mais resistentes no

fundo, tais como rocha. Ex: Aprofundamento e manutenção de por-

tos, rios e canais, extração de areia e de outros minérios aluvionares.

Draga de Arraste

Auto-Transportadora

Hidráulico

Dragagens marítimas e portuárias, com calado mínimo de 3 metros.

Possui a vantagem de não obstruir canais de navegação com linhas

de recalque flutuantes.

Draga de Sucção e Re-

calque

Hidráulico

Lagos, rios e canais, tanto para dragagem de sedimentos arenosos

quanto argilosos.

Retro-escavadeira

(Hoe)

Mecânico Canais com limitação de área. Ex.: Canais urbanos estreitos.

FONTE: Adaptado de ALMEIDA, 1999.

As retro-escavadeiras e a draga caçamba de mandíbulas apesar de possuírem um alto custo

e baixa produtividade se comparadas aos demais equipamentos, são utilizadas devido ao

fator limitante da região. Quer seja a largura para as retro-escavadeiras, quer seja a profun-

didade para a draga caçamba de mandíbulas. Já a draga auto-transportadora possui seu me-

lhor desempenho em dragagens marítimas e portuárias devido ao seu grande porte e sua alta

produtividade. (ALMEIDA, 2004).

2.5.2. Impactos Ambientais

A operação de dragagem envolve diversas etapas e todas elas podem representar impacto

negativo ao meio caso não sejam avaliados os seus danos. A primeira etapa representa a

fase de remoção do sedimento do fundo. Esta pode impactar significativamente no parâme-

tro turbidez dependendo do equipamento utilizado. A tabela apresenta uma estimativa de

produtividade, do parâmetro turbidez e do percentual de água na mistura de sedimentos

dragados de acordo com o tipo de equipamento empregado na operação.

Tabela 5. Produtividade e eficiência de dragagem dos principais equipamentos de dragagens.

Equipamento Produtividade Turbidez

% água na

mistura

Caçamba de Mandíbulas Baixa Baixa Baixa

Draga de Alcatruzes Baixa Baixa Baixa

Draga de Arraste

Auto-Transportadora

Alta Baixa Alta

Draga de Sucção e Recalque

com Desagregador

Alta Baixa Alta

Retro-escavadeiras Baixa Mediana Baixa

FONTE: FEEMA, 1998.

Durante a etapa de transporte do material dragado, o impacto ambiental consiste em perda

de parte do sedimento para a coluna d’água, com a possível formação de uma nova camada

superficial e a exposição do material a condições diferenciadas de pH a que estava subme-

tido. Segundo GOOSSENS et al. (1996), é estimado que em média, cerca de 5% do volume

dragado fica suspenso durante a dragagem, ao se tratar de regiões com quantidade equiva-

lente de sedimentos finos e areia. Neste processo, parte volta a depositar no fundo e parte

mantém disperso na água, aumentando a turbidez. Entretanto, esta estimativa é dependente

do material dragado e das condições ambientais do corpo hídrico.

2.5.3. Disposições Construtivas

As informações contidas neste item foram retiradas do Relatório Ambiental Simplificado -

Programa de Gestão Sócio-Ambiental e Avaliação de Risco à Saúde Humana do Programa

de Revitalização, Urbanização e Recuperação Ambiental dos Canais do Fundão e do Cu-

nha, elaborado pela empresa CH SERVIÇOS AMBIENTAIS e fornecido pela empresa

executante do projeto, Interdraga Consultoria e Serviços de Dragagem.

Devido ao nível avançado de assoreamento da região, com a limitação de equipamentos de

calado máximo 1,50m, a dragagem será realizada mediante equipamentos não convencio-

nais com escavação submersa realizada por sistema mecânico, garantindo assim um leito

regular. Será necessária uma separação prévia do lixo de grande porte existente no canal,

com posterior transferência do material para a planta de processamento. Outra característica

particular do processo é o transporte do sedimento dragagem por via hidráulica, em tubos

de polietileno de alta densidade – PEAD, com uso de bombas de transferência, denomina-

das booster.

Serão utilizados dois sistemas de dragagem, onde os equipamentos definidos pela empresa

estão listados na Tabela 6. A distância máxima percorrida pelos equipamentos de escavação

entre os pontos dentro do canal e o local de processamento e disposição será de 3,5km.

Tabela 6. Equipamentos do sistema de dragagem utilizado no Canal do Fundão

Equipamento Quantidade Características

Balsa de Convés liso 1

Calado Máximo: 1,50m. Apresenta sistema de ancoragem e movi-

mentação por meio de estacas ou guinchos com âncoras com capa-

cidade de embarcar escavadeira para a produção mínima efetiva de

200m³/h. São estas: Escavadeira óleo-hidráulica classe 30t e/ou

Escavadeira a cabo classe 90t.

Batelão Lameiro

não protelido

Apresenta cisterna com sistema de esgotamento com bomba de

transferência com características hidráulicas e potência para vazão

de até 0,4m³/s - 80mca, inclusive com auxílio de booster necessário.

Tubulação de

Recalque

Fabricada em PEAD com bitolas de 14” ou 16", flutuante, na exten-

são de 3.500m.

Balsa Auxiliar de

Convés Liso

Dimensões: 10m de comprimento, 4m de boca e pontal 1,20m. Usa-

da para transporte e transbordo das caçambas de lixo de 5m³ para a

margem do canal.

FONTE: CH SERVIÇOS AMBIENTAIS, 2008.

A etapa de processamento de todo o material dragado para a separação da areia e destina-

ção final dos sedimentos finos contaminados será realizada em plantas de processamento

móveis e flutuantes, integradas ao sistema de dragagem. Os equipamentos desta planta es-

tão descritos na Tabela 7. Além destes equipamentos, há unidades de processamento e/ou

disposição.

Tabela 7. Equipamentos utilizados nas plantas de processamento

Equipamento Características

Peneira estática hidrodinâmica

ou trommel

Utilizada para corte da fração 50mm > D > 10mm

Conjunto de Hidrociclones Utilizado para corte da fração arenosa: 10 mm > D > 0,074mm

Conjunto de peneiras vibratórias

desaguadoras

Utilizado para desidratação da areia

Transportador de correia tipo

empilhador radial - stacker

Utilizado para descarga em terra ou sobre a/o balsa/batelão

FONTE: CH SERVIÇOS AMBIENTAIS, 2008.

Em virtude da grande estimativa de lixo (cerca de 20% do total de sedimentos a ser remo-

vido do total), incluindo materiais de grande volume como veículos, móveis, pneus e ele-

trodomésticos, o projeto prevê equipamentos de suporte à atividade de dragagem, listados

na Tabela 8.

Tabela 8. Equipamentos mínimos de apoio à atividade de dragagem

Equipamento Utilização/ Características

Barco rebocador-empurrador de

serviço - work-boat

Apoio à movimentação da tubulação de recalque, abaste-

cimento das dragas, manutenção, posicionamento das

ancoras. Potência: 200hp

Barco rebocador-empurrador em

casco de aço

Reboque das balsas de lixo até a margem. Potência:

60hp e Calado máximo: 1,2m

Balsa Lançamento de âncoras

FONTE: CH SERVIÇOS AMBIENTAIS, 2008.

2.5.4. Disposição do Material Dragado

A disposição do material dragado poderá ser em ambiente aquático ou terrestre, dependen-

do da caracterização físico-química do mesmo. Tal escolha deve ser embasada em um ade-

quado planejamento e gerenciamento das áreas a serem aterradas. Para a disposição terres-

tre é fundamental avaliar o processo de consolidação do aterro e da fundação, promovendo

uma adequada secagem dos sedimentos finos, a fim de garantir estabilização e redução do

volume. Quanto à disposição aquática, deve-se avaliar a área de despejo no que diz respeito

ao potencial de espalhamento, estudando a necessidade de diques de contenção que previ-

nam o espalhamento do material dragado pela ação de ondas e correntes. (ALMEIDA,

2004).

Segundo HERBICH (1992), há cinco alternativas de disposição do material dragado con-

forme descritas na Tabela 9. Sua escolha dependerá de diversos aspectos, tais como a con-

taminação de lençóis freáticos e águas superficiais, restrições de uso posterior da área de

depósito, custos de manutenção, transporte e confinamento do material, além da limitação

física da área escolhida para a disposição.

Tabela 9. Alternativas de disposição do material dragado.

Meio Disposição

Não Confinada

Parcialmente Confinada

Aquático

Confinada

Terras Baixas

Terrestre

Terras Altas

FONTE: HERBICH, 1992.

O RAS propôs seis soluções para a disposição do material contaminado, apresentadas na

Tabela 10. Após análise da FEEMA, ficou estabelecida uma solução mista para a região.

Nela haverá uma divisão dos sedimentos em níveis de poluição e granulometria, com uma

solução específica para cada fração. São elas:

 Resíduos sólidos depositados nas margens dos canais Î Devem ser adequadamen-

te separados e direcionados para a Central de Tratamento de Resíduos de Nova I-

guaçu;

 Fração Arenosa Não Contaminada ÎDeve ser reutilizada no aterro do COMPERJ

após passar por um processo de lavagem e abrasão;

 Fração Arenosa Contaminada Î Deve ser adequadamente separada e direcionada

para a Central de Tratamento de Resíduos de Nova Iguaçu;

 Fração Fina Não Contaminada Î Deve ser disposta em bota-fora oceânico, con-

forme a solução A do RAS, em uma das opções apresentadas na Figura 11;

 Fração Fina ContaminadaÎ Sofrerá um tratamento prévio nos geobags (Figura

12), consistindo em uma redução de 60% a 70% do volume com a desidratação do

material. O restante, que contém a parte tóxica, com metais pesados adsorvidos, será

enterrado encapsulado nos geobags em uma região autorizada pela UFRJ. A Figura

13 apresenta as alternativas das regiões, que após esta utilização servirá apenas para

fins paisagísticos, sem possibilidade de construção de novas estruturas para a uni-

versidade.

Tabela 10. Soluções apresentadas no RAS para a disposição do material dragado.

Solução Descrição

A Disposição de todo ou parte do sedimento em bota-fora oceânico.

Disposição de todo ou parte do sedimento em cavas marinhas existentes na

Baía de Guanabara.

Disposição de todo ou parte do sedimento em terra, contido por diques con-

vencionais.

Disposição de todo ou parte do sedimento em terra, encapsulado por "Geo-

bags".

Disposição de todo ou parte do sedimento em central de resíduos licencia-

da.

F Disposição de todo ou parte do sedimento na ETE Alegria.

FONTE: CH SERVIÇOS AMBIENTAIS, 2008.

Figura 11. Localização das regiões de bota-fora oceânico apresentadas na solução A do RAS, previa-

mente aprovadas pela Capitania dos Portos.

FONTE: CH SERVIÇOS AMBIENTAIS, 2008.

Figura 12. Exemplo apresentado no RAS da solução de acondicionamento da lama contaminada em

geobags, com drenagem e desidratação dos materiais.

FONTE: CH SERVIÇOS AMBIENTAIS, 2008.

Figura 13. Áreas de disposição dos geobags apresentados no RAS.

FONTE: CH SERVIÇOS AMBIENTAIS, 2008.

2.6. Cinturão de Contenção à margem do Canal do Fundão

Conforme destacado no item 2.5, o projeto de dragagem por si só não é capaz de reverter o

grau de poluição existente no canal. Isto porque apesar desta obra ter a expectativa de reali-

zar uma melhoria na circulação hidrodinâmica, o canal sofre com um lançamento contínuo

dos efluentes do Complexo da Maré. Assim, mesmo com a renovação da circulação, o grau

de poluição poderá apenas ser reduzido através de uma diluição, mas permanecerá. Outro

aspecto importante é a quantidade de lixos flutuantes lançados no canal, promovendo um

alto grau de assoreamento. Portanto, a fim de mitigar estes impactos, o projeto de revitali-

zação propõe uma etapa posterior à obra de dragagem que consiste na implantação de um

cinturão de contenção à margem do Canal do Fundão. Este cinturão será responsável pela

remoção do lançamento dos efluentes domésticos, dos cinco canais de macro-drenagem

apresentados na Figura 14.

Figura 14. Trecho do Canal do Fundão, com destaque para os cinco pontos geo-referenciados, de lan-

çamento de efluentes provenientes do Complexo da Maré.

FONTE: GOOGLE EARTH

, 2008.

Esta etapa não está incluída no Relatório Ambiental Simplificado e provavelmente será

objeto de novos estudos de viabilidade. Pela importância desta etapa, foi definido um cená-

rio específico no estudo, descrito no item 4.1, a fim de analisar, fundamentalmente, o im-

pacto desta obra na melhoria da qualidade da água existente no canal. Pela falta de dados, a

contribuição destes pontos foi estimada pelo Método da Área Edificada descrito na seção 0.

3. Metodologia

A metodologia empregada consiste na análise comparativa dos cenários atual e projetados

do Canal do Fundão, sob aspectos da hidrodinâmica e da qualidade da água do canal. Para

isto, foi utilizada como ferramenta a modelagem computacional, onde o sistema de modelos

empregado foi o SisBaHiA

- Sistema Base de Hidrodinâmica Ambiental, que trabalha

com uma superposição de módulos que serão detalhados a seguir. Trata-se de um sistema

profissional registrado pela Fundação COPPETEC, órgão gestor de pesquisa da

COPPE/UFRJ - Instituto Aberto Luiz Coimbra de Pós Graduação e Pesquisa de Engenharia

(COPPE).

Novas versões do SisBaHiA

têm sido continuamente implementadas na COPPE/UFRJ

desde 1987, com ampliações de escopo e aperfeiçoamentos introduzidos por meio de várias

dissertações de mestrado e teses de doutorado, além de projetos de pesquisa. O sistema tem

sido adotado em dezenas de estudos e projetos contratados à Fundação Coppetec envolven-

do modelagem de corpos de água.

Para o estudo, foi utilizada a versão 6.5 do SisBaHiA

, com aplicação dos modelos hidro-

dinâmico, lagrangeano e os modelos de qualidade de água com alguns parâmetros já pré-

definidos. O domínio de estudo é a Baía de Guanabara, dando enfoque aos resultados obti-

dos na região de interesse.

A modelagem computacional representa um avanço na gestão ambiental integrada de Re-

cursos Hídricos. Isto porque representa uma forma consistente de otimização de custos em

diagnósticos, ao permitir interpolação e extrapolação com acurácia de parâmetros medidos

em campo. Também permite realizar prognósticos em estudos de licenciamento ambiental,

tais como implantação de empreendimentos, dragagens, planejamento de planos de contin-

gência, entre outros estudos e projetos.

As informações contidas nos seções 3.1 e 3.2 a seguir foram extraídas da Referência Técni-

ca do SisBaHiA

versão 6.5, que pode ser baixada pela Internet no endereço

www.sisbahia.coppe.ufrj.br

3.1. Modelo Hidrodinâmico do SisBaHiA

A versão 6.5 do SisBaHiA

trabalha com modelo hidrodinâmico 3D ou 2DH dominado por

forçantes barotrópicos, e otimizado para corpos de água naturais nos quais efeitos de densi-

dade variável podem ser desprezados. Resultados podem ser tanto 3D quanto 2DH, depen-

dendo dos dados de entrada.

Este modelo é da linhagem do FIST (Filtered in Space and Time), sendo otimizado para

corpos de água naturais. Diz-se otimizado pelo fato do sistema de discretização espacial

permitir a representação de contornos recortados e batimetrias complexas, tais como ocorre

em corpos hídricos reais. Esta linhagem representa um sistema de modelos hidrodinâmicos,

nos quais a modelagem de turbulência multi-escala é baseada em técnicas de filtragem,

semelhantes àquelas empregadas na Simulação de Grandes Vórtices – LES (Large Eddy

Simulation). A simulação LES é dita como o estado da arte na modelagem de turbulência

em escoamentos geofísicos. Isto porque apresenta uma maior acurácia frente aos modelos

que resolvem baseados no RANS (Reynolds averaged Navier-Stokes equations).

A discretização espacial do modelo é preferencialmente feita via elementos finitos qua-

drangulares biquadráticos, mas pode igualmente ser feita via elementos finitos triangulares

quadráticos ou combinação de ambos. Tal método de discretização espacial é potencial-

mente de quarta ordem. Processos de calibração são minimizados devido a fatores como:

discretização espacial via elementos finitos quadráticos e transformação σ, permitindo um

acurado mapeamento de corpos de água com linhas de costa e batimetrias complexas, cam-

pos de vento e atrito do fundo podendo variar dinamicamente no tempo e no espaço.

A decisão sobre o número de dimensões do modelo é baseada no grau de homogeneidade

da água. A Baía de Guanabara, região de interesse, apresenta estratificação da coluna de

água normalmente fraca, com os gradientes horizontais de pressão devido a declives na

superfície livre muito maiores que os devido às variações horizontais de densidade.

(KJERFVE et al, 1997). Assim, foi utilizado o modelo hidrodinâmico bidimensional na

horizontal - 2DH. Este modelo é dito como puramente barotrópico, ou seja, não há influên-

cia significativa de gradientes de temperatura e salinidade ao longo da coluna d’água, capa-

zes de gerar variação da massa específica na vertical.

O modelo foi rodado pelo método analítico-numérico que possui algumas aproximações,

mas apresenta resultados extremamente acurados em escoamentos tipicamente barotrópi-

cos. Isto porque as variações das acelerações advectivas ao longo da coluna d’água podem

ser desprezadas. Trata-se de um método mais eficiente computacionalmente que o método

puramente numérico, atendendo ao estudo proposto.

3.1.1. Equações Governantes

As equações necessárias para a determinação do movimento hidrodinâmico em modelos

2DH são as de conservação de quantidade de movimento e da continuidade, onde é consi-

derada a condição de incompressibilidade. As incógnitas são as componentes da velocidade

média na vertical, nas direções x e y,

),,( tyxU e ),,( tyxV e a elevação da superfície livre

),,( tyxz

. Tais incógnitas são determinadas em cada passo de tempo estabelecido no

modelo.

Conforme descrito no item 3.1, o SisBaHiA

contém os modelos hidrodinâmicos FIST. Tal

sistema de modelagem resolve as equações de Navier-Stokes com aproximações de águas

rasas, ou seja, considera a aproximação hidrostática. Ao realizar a promediação ao longo da

coluna de água, o modelo realiza uma simplificação do campo de velocidades, utilizando

uma velocidade média para todo o perfil. Tal simplificação gera uma distorção da realida-

de, ao suprimir o efeito de dispersão e difusão ao longo da coluna. Para compensar tal efei-

to, utiliza-se o coeficiente de difusão turbulenta. Este efeito pode ser melhor entendido a-

través da Figura 15. No esquema apresentado aparece o nível de referência NR considerado

no modelo e seu sistema de coordenadas.

Figura 15. Esquema da velocidade U

promediada ao longo da coluna de água, representando o sistema

de coordenadas e nível de referência - NR adotado pelo modelo hidrodinâmico 2DH do SisBaHiA

FONTE: Referência Técnica do SisBaHiA

, 2008.

As componentes das velocidades para o modelo promediado ao longo da coluna d’água são

dadas por:

(, ,) (, ,,)

Uxyt uxyztdz

−

∫

(1)

(, ,) (, ,,)

Vxyt vxyztdz

−

∫

(2)

Analisando a equação da continuidade, temos a condição de incompressibilidade dada por:

uvw

xyz

∂

∂∂

∂∂∂

(3)

Trata-se da imposição de que o divergente da velocidade de escoamento em qualquer ponto

do domínio seja zero. Para isto, a condição de validade será a de incompressibilidade, ou

seja, não haverá variação de volume, adotando a continuidade no domínio. Para um fluido

homogêneo esta condição pode ser estendida para a massa, já que sua massa específica

pode ser considerada constante, e sua equação de estado será dependente apenas da tempe-

ratura e da concentração de substâncias constituintes de sua massa. Em escoamentos ambi-

entais, entretanto, os fluidos, em geral, não são homogêneos, por sua densidade variar espa-

cialmente, com influência da pressão. Contudo, segundo ROSMAN (1997), a imposição da

condição de escoamento incompressível é perfeitamente válida em escoamentos em que o

número de Mach

seja muito menor que 0,3. Tal número é uma grandeza adimensional

que representa a relação entre a velocidade do escoamento e a velocidade de propagação do

som no meio estudado. É representado por:

(4)

Onde:



Representa a velocidade de escoamento. Em cursos naturais raramente a veloci-

dade supera valores de 7,5m/s; (ROSMAN, 1997).



Representa a velocidade de propagação do som no meio. Na água, a velocidade

de propagação do som apresenta valor aproximado de 1500m/s.

Assim, para escoamentos ambientais o número de Mach aproxima de 0,005 e, portanto,

muito inferior ao valor 0,3.

Pode-se assim, aplicar a promediação da equação da continuidade ao longo da coluna

d’água, obtendo a seguinte equação:

udz vdz

tx y

ζζ

−−

∂∂ ∂

++=

∂∂ ∂

∫∫

(5)

Se forem considerados efeitos de evaporação e precipitação na superfície livre, e infiltração

na superfície do fundo, a equação pode ser modificada para

P E Ia Ie

udz vdz q q q q

tx y

ζζ

−−

∂∂ ∂

++=−+−

∂∂ ∂

∫∫

(6)

Onde

,,,

P E Ia Ie

qqqq

são valores de vazões por unidade de área, e.g. msm

⎡

⎤

⎣

⎦

, respecti-

vamente de precipitação, de evaporação, de infiltração afluente e efluente.

No estudo da Baía de Guanabara foram desprezados estes efeitos de evaporação e precipi-

tação na superfície livre e os efeitos de infiltração na superfície do fundo:

A equação de quantidade de movimento 2DH para um escoamento integrado na vertical, na

direção x:

(

)

(

)

()

xx xy

UUU

UV g

txy xHx y

sen V q

ττ

ττ θ

⎛⎞

∂∂

∂∂∂ ∂

⎜⎟

++=−+ + +

⎜⎟

∂∂∂ ∂ ∂ ∂

⎝⎠

+−+Φ−

∑

(7)

Onde:

∂

Representa a aceleração local do escoamento 2DH, i.e., em uma

dada posição, a taxa de variação temporal da quantidade de

movimento média na vertical por unidade de massa. Em escoa-

mentos permanentes, esse termo é igual a zero.

∂∂

Representa a aceleração advectiva do escoamento 2DH, i.e., em

um determinado instante, representam o balanço dos fluxos

advectivos médios na vertical, por unidade de área, de quantida-

de de movimento na direção x, por unidade de massa. Em esco-

amentos uniformes, esses termos são iguais a zero.

∂

−

∂

Representa a variação da pressão hidrostática na direção x (gra-

diente de pressão), devido à declividade da superfície livre na

direção x. Conforme indicado pelo sinal negativo, este termo

força escoamentos de lugares onde o nível de água é mais alto

para onde o nível de água é mais baixo

()

(

)

xx xy

Hx y

ττ

⎛⎞

∂∂

⎜⎟

∂∂

⎝⎠

Representa a resultante das tensões dinâmicas turbulentas 2DH no

escoamento i.e., em um determinado instante, representam o ba-

lanço dos fluxos difusivos médios na vertical, por unidade de área,

de quantidade de movimento na direção x, por unidade de massa.

Por exemplo, esses termos são responsáveis pela geração de vórti-

ces horizontais em zonas de recirculação.

()

Representa a tensão do vento na superfície livre por unidade de

massa. Se o vento estiver na mesma direção do escoamento, esse

termo irá acelerar o escoamento; se estiver oposto, irá retardar o

escoamento.

()

−

Representa a tensão de atrito no fundo atuante no escoamento 2DH

por unidade de massa. Conforme indicado pelo sinal negativo, esse

termo sempre tende a desacelerar o escoamento. É sempre oposto

ao escoamento.

2 sen V

Representa a aceleração de Coriolis decorrente de o referencial

estar se movendo com a rotação da Terra. Esse termo é irrisório

próximo ao equador, i.e., em baixas latitudes, e pouco relevante

em corpos de água relativamente pequenos como a Baía de

Guanabara, por exemplo.

()

PEI

qqq

−+

∑

  

Representa efeitos na quantidade de movimento devidos a vari-

ações de massa em função dos fluxos, por unidade de área, de

precipitação q

, evaporação q

e infiltração q

Equação de quantidade de movimento 2DH para um escoamento integrado na vertical, na

direção y:

(

)

(

)

()

xy yy

VVV

UV g

txy yHx y

sen U q

ττ

ττ θ

⎛⎞

∂∂

∂∂∂ ∂

⎜⎟

++=−+ + +

⎜⎟

∂∂∂ ∂ ∂ ∂

⎝⎠

+−−Φ−

∑

(8)

Onde:

∂

Representa a aceleração local do escoamento 2DH, i.e., em uma

dada posição, a taxa de variação temporal da quantidade de

movimento média na vertical por unidade de massa. Em escoa-

mentos permanentes, esse termo é igual a zero.

∂∂

Representa a aceleração advectiva do escoamento 2DH, i.e., em

um determinado instante, representam o balanço dos fluxos

advectivos médios na vertical, por unidade de área, de quanti-

dade de movimento na direção y, por unidade de massa. Em

escoamentos uniformes, esses termos são iguais a zero.

∂

−

∂

Representa a variação da pressão hidrostática na direção x (gra-

diente de pressão), devido à declividade da superfície livre na

direção y. Conforme indicado pelo sinal negativo, este termo

força escoamentos de lugares onde o nível de água é mais alto

para onde o nível de água é mais baixo

()

(

)

xy yy

Hx y

ττ

⎛⎞

∂∂

⎜⎟

∂∂

⎝⎠

Representa a resultante das tensões dinâmicas turbulentas 2DH no

escoamento i.e., em um determinado instante, representam o ba-

lanço dos fluxos difusivos médios na vertical, por unidade de área,

de quantidade de movimento na direção y, por unidade de massa.

Por exemplo, esses termos são responsáveis pela geração de vórti-

ces horizontais em zonas de recirculação.

()

Representa a tensão do vento na superfície livre por unidade de

massa. Se o vento estiver na mesma direção do escoamento, esse

termo irá acelerar o escoamento; se estiver oposto, irá retardar o

escoamento.

()

−

Representa a tensão de atrito no fundo atuante no escoamento

2DH por unidade de massa. Conforme indicado pelo sinal negati-

vo, esse termo sempre tende a desacelerar o escoamento. É sempre

oposto ao escoamento.

en U

Representa a aceleração de Coriolis decorrente de o referencial

estar se movendo com a rotação da Terra. Esse termo é irrisório

próximo ao equador, i.e., em baixas latitudes, e pouco relevante

em corpos de água relativamente pequenos como a Baía de

Guanabara, por exemplo.

()

PEI

qqq

−+

∑

  

Representa efeitos na quantidade de movimento devidos a vari-

ações de massa em função dos fluxos, por unidade de área, de

precipitação q

, evaporação q

e infiltração q

3.1.2. Tensões de Atrito devidas ao Vento

O vento representa um dos forçantes da circulação hidrodinâmica, atuando principalmente

na superfície livre através da tensão de atrito gerada. Esta tensão de atrito devido ao vento é

parametrizada no modelo em função basicamente da intensidade e direção da velocidade

local do vento medida a 10 metros acima da superfície. Sua representação é feita da seguin-

te maneira:

cos

iarD i

ρφ

[

]

1, 2i =

(9)

Onde

é a densidade do ar;

C é o coeficiente de arraste, definido no modelo pela forma empírica de Referen-

cia Técnica SisBaHiA

(2008) apud WU (1982):

(

)

0,80 0,065 10

CWx

−

é o ângulo entre o vetor velocidade e a direção x

3.1.3. Tensões de Atrito no Fundo

As tensões de atrito no fundo no modelo SisBaHiA

são parametrizadas em função do coe-

ficiente de Chézy, que retrata a rugosidade equivalente do fundo. É calculada através da

seguinte expressão:

ρβ

[

]

1, 2i =

(10)

Onde

representa a densidade constante pela aproximação hidrostática;

as velocidades nas direções x e y;

um parâmetro dado em função do tipo de modelo utilizado. Para o modelo 2DH,

puramente barotrópico, tem-se:

(11)

Onde

representa o coeficiente de Chézy, calculado como sendo:

18log

⎛⎞

⎜⎟

⎝⎠

(12)

Onde:

representa a altura da rugosidade equivalente, sendo

a amplitude.

3.1.4. Condições Iniciais e de Contorno

Matematicamente, as condições iniciais e de contorno representam as condições fundamen-

tais para que se obtenha uma única solução a partir das equações diferenciais parciais ado-

tadas na resolução do modelo hidrodinâmico. Isto porque são equações genéricas e que

possuem uma infinidade de soluções para o conjunto de equações. Como tratam de equa-

ções parciais de 2ª ordem no espaço e 1ª ordem no tempo, necessitam de duas condições de

contorno e uma condição inicial.

Há basicamente dois tipos de condições de contorno: as ditas essenciais e as naturais. A

essencial determina um valor prescrito

(

)

= . O modelo permite que estas sejam da-

das de algumas maneiras, tendo apenas a imposição de que uma delas seja uma condição

essencial. Outro tipo de condição de contorno utilizada no modelo é a mista, sendo uma

combinação da condição essencial e da natural. Representa uma condição de fluxo. É assim

estabelecida:

uC D

∧

∂

−=

∂

(13)

Onde:

= Fluxo advectivo da substância na direção normal à fronteira;

∧

∂

= Fluxo difusivo da substância na direção normal à fronteira;

= Resultante do fluxo normal à fronteira.

3.2. Modelo de Transporte Lagrangeano do SisBaHiA

O modelo de transporte lagrangeano trabalha com a perspectiva de partículas. Ou seja, a

pluma de poluentes é representada através de uma série de pequenas partículas dispersas na

massa d’água, onde são calculadas as trajetórias individuais de cada partícula. É aplicado a

constituintes passivos, que não influenciam no comportamento hidrodinâmico, são apenas

transportados através da massa d´água e quando a escala de transporte do constituinte é

menor que a escala do modelo hidrodinâmico.

Neste caso a mancha ou pluma é representada por uma nuvem com inúmeras partículas, e o

problema principal passa a ser o de computar a posição no espaço contínuo de cada partícu-

la. Como o espaço de posição das partículas é contínuo, o conflito de escalas desaparece,

porque a discretização do modelo hidrodinâmico á usada apenas para interpolações do

campo de velocidades, o que é perfeitamente adequado. Somente nos instantes que se dese-

ja computar a concentração, é gerada uma malha dedicada e suficientemente refinada no

entorno da nuvem de partículas, permitindo o cálculo com grande acurácia. Além disso,

modelos Lagrangeanos são absolutamente seguros, não apresentando problemas de conser-

vação de massa que por vezes ocorrem em modelos Eulerianos.

Este modelo foi empregado para retratar a deriva de sedimentos lamosos não consolidados

no fundo do canal. Neste tipo de utilização do modelo lagrangeano o transporte deve ser

condicionado pela tensão no fundo, podendo esta ser gerada apenas por corrente ou por

ação sinérgica de correntes e ondas. Inclui-se a possibilidade de ocorrer sedimentação de

partículas em suspensão na coluna de água. Entretanto, deve ficar claro que o condiciona-

mento do transporte independe de haver ou não sedimentação. Porém, a deposição efetiva

de partículas, só ocorre quando não há condições de transporte da partícula que sedimenta.

O processo de sedimentação é mais detalhado no item 4.6, com a aplicação do estudo.

3.3. Modelagem de Qualidade de Água

A modelagem computacional de qualidade de água apresenta como objetivo fundamental

avaliar o comportamento dos constituintes da água ao longo do tempo, em função da dinâ-

mica do escoamento, dos seus ciclos biogeoquímicos e das interações entre os diversos

componentes da água.

O modelo de qualidade de água tem sua complexidade proporcional ao número de equações

e aos termos de reações cinéticas acoplados ao modelo de transporte. A evolução dos mo-

delos de qualidade de água é apresentada no item 3.3.1 seguinte, em que há um resumo dos

principais modelos de qualidade de água desenvolvidos ao longo do tempo com suas prin-

cipais características.

3.3.1. Histórico de Modelos de Qualidade de Água

Uma das mais importantes metodologias científicas, estabelecida pelo homem, para estudar

poluição hídrica é a modelagem matemática. Seu desenvolvimento neste tipo de estudo

iniciou no ano de 1925 quando, no Rio Ohio, os engenheiros Streeter e Phelps, usaram uma

formulação simples de balanço de massa para estudar o comportamento das concentrações

da Demanda Bioquímica de Oxigênio e do Oxigênio Dissolvido, ao longo do referido rio,

medindo o nível de poluição do mesmo. Desta maneira, a modelagem matemática nascia

como uma metodologia científica capaz de estudar, de forma aproximada, porém consisten-

te, os problemas relacionados com a qualidade de água em corpos hídricos. Este avanço na

resolução dos problemas permitiu maior controle dos fenômenos ocorridos nos sistemas e

um melhor gerenciamento dos mesmos.

Este modelo clássico de Streeter-Phelps foi elaborado a partir de equações diferenciais de

primeira ordem. Estabelece a dinâmica do processo ocorrido em um corpo hídrico entre a

concentração de oxigênio dissolvido e a demanda bioquímica de oxigênio, considerando

apenas os processos de reaeração atmosférica e desoxigenação. Trabalhos posteriores inclu-

íram outras variáveis ao modelo. Entretanto, todos contêm a estrutura conceitual deste mo-

delo. LIMA (2001) apresenta uma listagem com a evolução cronológica dos principais mo-

delos de qualidade de água, com uma breve caracterização. Esta listagem é apresentada na

Tabela 11, com algumas adaptações.

Tabela 11. Evolução dos Modelos de Qualidade de Água

Ano Modelo Principais Características

1925

STREETER

PHELPS

Este modelo representa o balanço entre Oxigênio Dissolvido (OD) e Demanda Bio-

química de Oxigênio (DBO), definido na forma de equações diferenciais ordinárias de

primeira ordem.

1963 CAMPS

Modelo de simulação de OD/DBO que modifica as equações originais adicionando os

termos referentes à: sedimentação e/ou ressuspensão, DBO do escoamento superfi-

cial e fotossíntese.

1964 DOBBINS

Modelo de simulação, o OD/DBO apresenta-se na forma de equações diferenciais de

segunda ordem, considerando os efeitos da demanda bentônica, fotossíntese e respi-

ração no acréscimo da taxa de OD.

1967 O'CONNOR

Este modelo de simulação OD/DBO utiliza uma equação onde os termos referentes à

DBO carbonácea e DBO nitrificante estão separados.

1970 DOSAG I

Modelo proposto pelo Texas Water Development Board (WDB) mostra, de forma

integrada, a equação de Streeter Phelps e é aplicável a sistemas unidimensionais

sem considerar os efeitos da dispersão.

1970 DOSAG III

Criado pela Enviromental Protection Agency - EPA, este modelo registra maior habili-

dade nos procedimentos de simulação e maior número de parâmetros simulados no

DOSAG I.

1971 QUAL I

O modelo QUAL I, desenvolvido pelo Texas WDB, usa equações unidimensionais de

dispersão e advecção pela solução das diferenças finitas. É diferente dos modelos

acima citados, que utilizam um trecho como um elemento computacional e necessi-

tam apenas de lançamento no início e final de cada trecho a ser alimentado. Utiliza

um elemento computacional padrão de um comprimento estabelecido através do

sistema. Elementos computacionais com propriedades hidrológicas e físicas similares

são agrupados no mesmo trecho.

O modelo CE-QUAL -I CM pode ser aplicado em uma, duas ou três dimensões e

deve ser ligado a um modelo hidrodinâmico. Inclui processo detalhado de qualidade

d’água para temperatura, salinidade, balanço de OD/carbono, ciclos de nitrogênio,

fósforo e sílica e interações de fitoplâncton, zooplâncton, bactéria e sedimentos. O

CE-QUAL-ICM requer uma grande quantidade de dados para calibragem de proces-

sos químicos e biológicos.

Ano Modelo Principais Características

1972 QUAL II

O modelo QUAL- II é uma modificação do QUAL –I proposto pela EPA – Enviromental

Protection Agency, sendo aplicável para rios profundos e detríticos. Pode simular

variações temporais e espaciais de até treze parâmetros de qualidade de água.

O modelo CE-QUAL-RIVI é hidrodinâmico, unidimensional e de qualidade da água

usado para simular escoamentos altamente variáveis em rios com barragens ou ou-

tras estruturas. O transporte de poluentes por advecção e dispersão está ligado à

hidrodinâmica e transformações de poluentes também são simuladas.

1974 SIMOX

Dissolved Oxigen Simulation Model – O modelo de simulação de oxigênio dissolvido

inclui OD/DBO, bactérias e uma substância conservativa.

A versão mais recente também contém decaimento de primeira ordem de nitrogênio e

fósforo para representar sedimentação, absorção e transformação.

1976 QUAL-SEMOG

QUAL II / SEMOG é um modelo matemático determinístico, unidimensional de Quali-

dade de água, desenvolvido pela firma Water Resource Engineering para o Southeast

Michigan Council of Governments, a partir dos modelos QUAL I e QUAL II. Pode ser

operado tanto em regime permanente quanto dinâmico, embora, em termos hidráuli-

cos, forneça apenas soluções permanentes.

1976 CE-QUAL- W2

O modelo CE-QUAL - W2 é bidimensional vertical, hidrodinâmico e de Qualidade da

água. Inclui temperatura, salinidade, ciclo de OD/carbono, ciclos de nitrogênio, fósfo-

ro, fitoplâncton e bactéria.

Vários níveis de complexidade são possíveis devido à organização modular das simu-

lações de qualidade d’água. O CE- QUAL –W2 tem sido aplicado largamente para

rios, lagos, reservatórios e estuários nos Estados Unidos.

1985 QUAL2E

QUAL2E é um modelo unidimensional de estado permanente, usado frequentemente

para simular os efeitos de descargas de poluição de fontes pontuais e não-pontuais

na Qualidade da água de rios.

Ciclos detalhados de OD/DBO e de nutriente são simulados, considerando os efeitos

de respiração de algas, reaeração e demanda de oxigênio de sedimentos.

Os metais podem ser simulados arbitrariamente como constituintes conservativos ou

não. Sua hidrodinâmica baseia-se na equação unidimensional de advecção-

dispersão. É amplamente utilizado em todo o mundo, havendo diversos exemplos de

aplicação no Brasil.

Ano Modelo Principais Características

1985 HSPF

Hydrologic Simulation Program – Fortran – Este modelo combina as cargas de esco-

amento da bacia e cargas, transporte e transformação, nos rios de OD/DBO, nutrien-

tes, algas e pesticidas/ tóxicos. O HSPF requer uma extensa gama de dados de en-

trada e coeficientes para parametrizar cada processo de qualidade e quantidade de

água. As simulações detalhadas de ciclo de nutriente incluem nitrificação e desnitrifi-

cação, absorção de amônia e de ortofosfato, vaporização e imobilização.

As transformações de tóxicos no rio abrangem solubilidade, volatização, fotólises,

oxidação e biodegradação. Somente a variação em uma dimensão é considerada no

corpo de água.

O HSPF inclui três compartimentos de algas e considera a respiração, crescimento,

assentamento e morte usando a cinética Michaelis-Menten. É um modelo altamente

detalhado e tem sido largamente aplicado nos Estados Unidos.

1985 MIKE 11

Este modelo foi desenvolvido pelo Instituto Dinamarquês de hidráulica para simular

processos de águas pluviais, escoamento em bacias e qualidade da água em corpos

de águas unidimensionais. Sua hidrodinâmica é baseada em uma solução diferencial

finita para as equações completas de St. Venant para escoamento de canal aberto; é

simulado escoamento não permanente. Os módulos de águas pluviais e escoamento

usam uma abordagem parâmetro global para simular escoamentos, mas as cargas

poluentes não são simuladas.

1985 WASP

Water Analysis Simulation Program – Este programa de simulação de análise da

água foi desenvolvido para simular os processos de hidrodinâmica e de grande quali-

dade de água em 1, 2 ou 3 dimensões para avaliar o destino e transporte de contami-

nantes convencionais e tóxicos. Ciclos de OD/DBO detalhados, nitrogênio, fósforo e

fitoplâncton são simulados, usando-se o componente de qualidade da água neutro. O

módulo TOXI também avalia a cinética de substâncias tóxicas. O WASP tem sido

usado em conjunto com o SWMM e aplicado largamente nos Estados Unidos e fre-

quentemente na América Latina.

2002

SisBaHiA

Trata-se de um conjunto de modelos de transporte Euleriano, para simulação acopla-

da de até 11 parâmetros de qualidade de água e indicadores de eutrofização: sal,

temperatura, OD-DBO, nutrientes compostos de nitrogênio e de fósforo e biomassa.

Tais modelos podem ser aplicados para escoamentos 2DH, ou em camadas selecio-

nadas de escoamentos 3D.

Este modelo é baseado no Modelo Euleriano de Transporte Advectivo-Difusivo

(MTAD) integrado na vertical, para escalares passivos e não-conservativos. Conside-

ra o ciclo do oxigênio, do nitrogênio e do fósforo e as reações cinéticas modeladas

variam fortemente com a temperatura e salinidade.

FONTE: Adaptado de LIMA, 2001.

3.3.2. Principais Parâmetros de Qualidade de Água

Segundo VON SPERLING (2005), ao estudar a qualidade da água de um determinado cor-

po hídrico deve-se contrapor dois conceitos importantes da Engenharia Ambiental: o pri-

meiro seria a qualidade de uma água existente e o segundo a qualidade desejável para uma

água. A qualidade de uma água existente é função das condições naturais e da forma de uso

e ocupação do solo na bacia hidrográfica da qual o corpo hídrico faça parte. Já a qualidade

desejável para uma água é dependente do fim a que se destina a mesma. Contrapondo estes

dois conceitos, é possível propor planos de gerenciamento de rios, baías, lagos, lagoas, es-

tuários.

Ao analisar as possíveis fontes de poluição de um corpo hídrico, é fundamental conhecer o

tipo de contribuição para o manancial. A forma mais simples e possível de controle, em um

sistema de gestão, seria a proveniente de fonte pontual. A outra fonte é dita difusa, pelo fato

de ser proveniente do transporte, basicamente por águas de chuvas, das diversas formas de

poluição espalhadas ao longo das áreas adjacentes às margens dos rios e cursos d’águas.

Sua forma de controle é complexa, envolvendo vários aspectos do sistema de gestão ambi-

ental, tais como controle da poluição atmosférica, da disposição dos resíduos sólidos, da

poluição dos aquíferos e do solo.

Para representar a qualidade da água, utilizam-se parâmetros capazes de retratar suas prin-

cipais características físicas, químicas e biológicas. Neste estudo, foi selecionado, para re-

tratar o grau de poluição por efluentes domésticos do canal, o ciclo de OD e DBO, visto ser

a maior contribuição de poluição para a região de interesse.

A seguir são apresentados os parâmetros de qualidade de água que podem ser simulados no

modelo SisBaHiA

, com suas principais características.

3.3.2.1 Oxigênio Dissolvido

Parâmetro indicador da concentração de oxigênio dissolvido na água, normalmente deter-

minado em

[

]

. O oxigênio é um gás pouco solúvel em água, e sua solubilidade depen-

de da pressão, temperatura e sais dissolvidos presentes. Seu teor de saturação, normalmen-

te, apresenta um valor aproximado de 8 mg/L a 25ºC entre 0 e 1000m de altitude (VON

SPERLING, 2005). A degradação da matéria orgânica no corpo hídrico implica no consu-

mo de oxigênio dissolvido presente no sistema hídrico, devido aos processos de estabiliza-

ção, que utilizam o oxigênio presente como combustível para os processos de decomposi-

ção. Isto representa uma ameaça às formas de vida aquática que dependem do oxigênio

para os seus processos metabólicos de produção de energia.

A sua concentração sofrerá variação ao longo do tempo por influência da quantidade de

matéria orgânica presente no meio. Ao ser lançada uma quantidade de esgoto no corpo

d’água, haverá uma queda do teor de oxigênio, denominada de déficit inicial de OD. Após

esta fase, o oxigênio dissolvido continuará decrescendo, na fase denominada de Zona de

Degradação. Após esta fase, há a Zona de Decomposição Ativa que representa o estágio

máximo de decomposição da matéria orgânica, onde o oxigênio dissolvido atinge seu valor

mínimo, podendo ser nulo. Já na fase seguinte, Zona de Recuperação, a reaeração consegue

superar a desoxigenação e o teor de oxigênio aumenta até atingir o valor inicial presente no

meio. Caso não haja mais lançado, volta à fase Zona de águas Limpas, onde o corpo hídri-

co, neste processo de autodepuração consegue recuperar parcial ou totalmente suas caracte-

rísticas.

Este processo conhecido como autodepuração, é natural e realizado pelo corpo hídrico

quando as condições de poluição não superam seus processos de decomposição. A região

de estudo, entretanto, sofre uma poluição contínua, com forte assoreamento, impedindo que

este fenômeno seja eficaz para a qualidade de água.

3.3.2.2 Demanda Bioquímica de Oxigênio

Parâmetro diretamente relacionado ao oxigênio dissolvido. Também usualmente represen-

tado em

[

]

. É o indicador que determina indiretamente a concentração de carbono

orgânico biodegradável pela demanda de oxigênio. Este parâmetro retrata a quantidade de

oxigênio requerida para estabilizar, através de processos bioquímicos, a matéria orgânica

carbonácea.

Para sua determinação, é utilizado um ensaio padrão em laboratório, buscando retratar o

fenômeno ocorrido no corpo d’água. O método é feito a uma temperatura constante de

20ºC, em período de incubação fixo de 5 dias. Este período foi escolhido pelo fato da curva

de DBO apresentar um comportamento exponencial em que ao quinto dia há um consumo

de cerca de 70% a 80% da matéria orgânica. Após os cinco dias, o processo continua em

taxas mais lentas por um período de semanas ou dias. Ao fim deste período, o consumo de

oxigênio é desprezível. A Demanda Última de Oxigênio corresponde ao consumo de oxi-

gênio do período do qual não há mais consumo significativo (VON SPERLING, 2005),

conforme demonstrado na Figura 16. Entretanto, em casos de esgotos domésticos o período

de vinte dias pode aumentar.

Evolução da DBO

0 5 10 15 20 25

Tempo (dias)

DBO (mg/L)

DBO 5

DBO última

Figura 16. Evolução da DBO em uma amostra ao longo do tempo, com indicação da DBO

e da DBO

última.

No procedimento realiza-se a coleta de duas amostras, e mede-se o oxigênio em uma das

amostras logo imediatamente após a coleta e na outra após o período de cinco dias. Neste

período, a amostra permanece em uma incubadora a temperatura constante de 20ºC. A dife-

rença medida entre a concentração de oxigênio nas duas amostras representa a Demanda

Bioquímica de Oxigênio. Trata-se de um parâmetro estimativo, já que as condições de labo-

ratório não conseguem retratar o cenário natural, com as turbulências, aeração, insolação,

dentre outros fatores correntes.

Para MOTA (2003), em estudo de autodepuração de um curso d’água, a curva de depressão

de oxigênio é a forma de estudo mais comumente aplicada. Logo após o lançamento da

carga orgânica, há uma queda no teor de oxigênio, denominada de “déficit inicial de oxigê-

nio dissolvido. O oxigênio dissolvido continua decrescendo até alcançar aproximadamente

40% do seu valor de saturação, no primeiro trecho, chamado

Zona de Degradação. No

trecho seguinte,

Zona de Decomposição Ativa, o teor de oxigênio dissolvido atinge o va-

lor mínimo, voltando a crescer até cerca de 40% da saturação. Segue-se a

Zona de Recu-

peração

, onde a reaeração excede a desoxigenação e o teor de oxigênio dissolvido cresce

até atingir o valor inicial. Finalmente, tem-se a

Zona de Águas Limpas, com a água recu-

perando muitas de suas características, embora algumas mudanças ocorram de forma per-

manente. A Figura 17 apresenta um comportamento estimado para a curva de OD, DBO e a

produção de bactérias aeróbias, podendo verificar a inter-relação entre os parâmetros e a

caracterização das fases citadas acima.

Figura 17. Comportamento estimado das curvas de depleção de oxigênio, da demanda bioquímica e do

crescimento de bactérias aeróbias em um estudo de autodepuração de um curso d’água após o lança-

mento de esgotos domésticos.

FONTE: IGUCHI, 2006.

Para o SisBaHiA

, a modelagem do balanço de oxigênio é feita relacionando a poluição de

um corpo d’água e a queda dos níveis de oxigênio dissolvido, provocada pela respiração

dos microorganismos envolvidos na depuração dos esgotos. Assim, há um balanço entre as

formas de consumo e as fontes de produção de oxigênio dissolvido. Os processos cinéticos

de consumo e fontes considerados no modelo são decaimento, oxidação, desnitrificação e

deposição. (Referência Técnica SisBaHiA

, 2008).

CURVA DE DEPLEÇÃO

DE OXIGÊNIO

3.3.2.3 Compostos de Nitrogênio

Representa um parâmetro de fundamental importância para o estudo de qualidade de água,

tanto no que se refere à geração de poluição quanto ao controle da mesma. (VON

SPERLING, 2005). Isto se deve ao fato do nitrogênio ser um elemento indispensável para o

desenvolvimento de algas, contribuindo para o processo de eutrofização, quando em altas

concentrações. Há também o aspecto de toxicidade relacionado a este parâmetro quando

está na forma de amônia livre.

O nitrogênio encontra-se nos ecossistemas aquáticos nas formas de íons, compostos orgâni-

cos dissolvidos, estando presente mais abundantemente na forma de gás. As principais for-

mas de nitrogênio encontradas nestes ecossistemas são: amônia, nitrato, nitrito, uréia e ni-

trogênio orgânico. O ciclo do nitrogênio pode ser sintetizado para a biosfera conforme a

Figura 18. Segundo GOLDMAN e HORNE (1983), o que diferencia os ecossistemas aquá-

ticos dos demais é a influência do oxigênio nos processos, em especial na fase de nitrifica-

ção, ao converter amônia em nitrito e este em nitrato, em que há o consumo do oxigênio

dissolvido.

xcreção

Crescimento

xcreção

Gás atmosférico

Fixação N

(

baixo O

)

Denitrificação

Bacteriana

(

baixo O

)

−

N Planta

−

NAnimal

−

ecaimento

Crescimento

ecaimento

xcreção

utri

ão

Nitrificação Bacteriana

Figura 18. Ciclo do Nitrogênio aplicado a todos os ecossistemas.

FONTE: Adaptado de GOLDMAN e HORNE, 1983.

Os principais processos do ciclo do nitrogênio são:

 Nitrificação - Consiste na transformação do íon amônio em nitrito e nitrato por bac-

térias nitrificantes (Nitrosomas, Nitrosococus, Nitrobacter), com obtenção de ener-

gia. (ROSA et al., 2003). Este processo pode ser dividido em duas etapas:

Nitrosação: Conversão da amônia em nitrito

−

⎡

⎤

⎣

⎦

32 2 2

222NH O HNO H O Ener

HNO H NO

+−

+++

(14)

o Nitração: Transformação do íon nitrito em íon nitrato

−

⎡

⎤

⎣

⎦

22 3

222

NO O HNO Ener

HNO H NO

+−

(15)

 Denitrificação – Consiste na redução de nitrato em nitrogênio na forma de gás por

bactérias desnitrificantes (

Pseudomonas denitrificans). Estes tipos de bactérias são

as anóxicas facultativas. A temperatura ótima para esta reação é cerca de 17ºC.

Consiste numa etapa fundamental do ciclo por devolver o nitrogênio à atmosfera,

garantindo o equilíbrio do sistema global de nitrogênio e reduzindo a concentração

de nitratos nos ecossistemas. (ROSA

et al., 2003).

Caracterizando as formas existentes de nitrogênio, GOLDMAN e HORNE, 1983 afirma

que o nitrato é a forma mais presente nas células vivas, tendo em média 5% do nitrogênio

total por peso seco. Representa a forma mais comum de nitrogênio inorgânico combinado

em lagos e riachos. A concentração da maioria dos compostos nitrogenados em lagos e ria-

chos tende a seguir os padrões sazonais regulares. Captação biológica diminui as concen-

trações na primavera e no verão. Durante o outono e inverno, lançamentos de sedimentos,

fluxos afluentes e precipitação tendem a aumentar as concentrações de nitrato e, por vezes,

de amônia.

Quando presente em quantidades suficientes, a amônia é a forma preferida para crescimen-

to do fitoplâncton. Apesar do nitrato também contribuir para o desenvolvimento, requer

energia adicional para sintetizá-lo, tendo a necessidade da presença da enzima redutora de

nitrato. A amônia sofre transformações com o nível de pH, podendo estar ionizada, para

valores de pH abaixo de 8 ou livre. Quando em estado ionizado a amônia é considerada não

tóxica para a vida aquática.

Através da forma de nitrogênio predominante no corpo hídrico, é possível realizar uma aná-

lise preliminar do seu estágio de degradação. Esta análise é sugerida por VON SPERLING,

2005 conforme mostrado na Tabela 12.

Tabela 12. Análise Preliminar do estágio de degradação por lançamento de esgoto doméstico a partir

da forma de nitrogênio predominante no corpo hídrico

Estágio de Degradação Forma predominante de nitrogênio

Nitrogênio Orgânico

Poluição recente

Amônia

Nitrogênio Orgânico

Amônia

Nitrito (em menores concentrações)

Estágio Intermediário

Nitrato

Poluição Remota Nitrato

VON SPERLING, 2005.

Nos esgotos brutos existem basicamente as formas predominantes de nitrogênio orgânico e

amônia, já que as frações de nitrito e nitrato são tão pequenas, que podem ser desprezadas.

Para medir a concentração destas duas formas predominantes, foi estabelecido o método

Kjeldahl, capaz de determinar em laboratório o parâmetro Nitrogênio Total Kjeldahl –

NTK, que representa a composição destas duas formas de nitrogênio na forma solúvel e

particulada no curso d’água. A fração solúvel diz respeito basicamente à presença de amô-

nia. Entretanto, a fração particulada contém amônia e nitrogênio orgânico presente nos só-

lidos em suspensão orgânicos. A Figura 19 apresenta uma estimativa das diversas formas

de nitrogênio em esgotos domésticos.

NTK

particulado

NOx

NTK

solúvel

mônia

NTK

NOx NOx

N total

N Org

Figura 19. Distribuição do Nitrogênio no Esgoto Doméstico Bruto

FONTE: VON SPERLING, 2005 – Adaptado de IWAQ, 1995.

3.3.2.4 Compostos de Fósforo

Segundo ROSA et al (2003), o fósforo é um elemento fundamental à vida em qualquer e-

cossistema, porque participa estruturalmente de moléculas do metabolismo celular, tais

como os fosfolipídios, coenzimas e ácidos nucléicos. Seus grandes reservatórios são as ro-

chas e demais depósitos formados nas eras glaciais. Retorna ao meio aquático ao ser carre-

ado por chuva e rios na forma de compostos solúveis. Tais compostos são formados por

bactérias fosfolizantes que sintetizam a forma encontrada em animais.

Apesar de ser necessário apenas em pequenas quantidades, representa um dos elementos

limitantes do crescimento do fitoplâncton devido a sua escassez geoquímica em muitas ba-

cias de drenagem. O ciclo do fósforo em ecossistemas hídricos envolve somente fosfatos e

fósforo orgânico, porém suas reações cinéticas apresentam uma complexidade devido à

precipitação do fósforo e adsorção, pela sua grande reatividade, nos sedimentos existentes,

em especial, nas argilas. (GOLDMAN e HORNE, 1983). A Figura 20 apresenta um esque-

ma do ciclo do fósforo em ecossistemas aquáticos.

Fósforo

Orgânico e Inorgânico

Fosfatos

Crescimento

P-Animal

Excreção

Compostos

Solúveis de

Fósforo

Coloidal

Sedimentos

Excreção

Morte, Decaimento

P-Planta

Ecossistemas

Terrestre e

Atmosférico

Bactérias

Fosfatase

Alcalina

Excreção

Decaimento

Escoamento

Rios

Excreção

Decaimento

Figura 20. Ciclo do Fósforo em ecossistemas aquáticos.

FONTE: Adaptado de GOLDMAN & HORNE, 1983.

Na água está presente nas formas orgânicas e inorgânicas. Na forma inorgânica, pode ser

dividido em: ortofosfatos e polifosfatos. A maior parte do fosfato inorgânico presente está

na forma de ortofosfatos. A composição química destes dependerá da concentração de pH

no meio. Tais composições incluem: fosfato

−

, monofosfato

(

)

HPO

−

, dihidrogeno

fosfato

()

−

(

)

. Polifosfatos representam moléculas mais complexas, ditas

polímeros, formadas por dois ou mais átomos de fósforo. Uma estimativa do comporta-

mento dos ortofosfatos em função da concentração de pH é apresentada na Figura 21.

Fe O

Ambiente

nóxico

1272

log

−

⎡⎤

⎣⎦

−

Figura 21. Comportamento dos ortofosfatos na água em função da concentração de pH no meio.

FONTE: GOLDMAN & HORNE, 1983

Esgotos domésticos, agrícolas e industriais são as maiores fontes de fosfatos solúveis, po-

dendo viabilizar fenômenos de eutrofização de lagos, ao promover o crescimento excessivo

de algas na superfície destes corpos d’água receptores. (GOLDMAN e HORNE, 1983).

FEITOSA e FILHO (1997) afirmam que a concentração de fósforo acima de 1,0 mg/L é,

geralmente, indicativo de águas poluídas. A Figura 22 apresenta uma estimativa da distribu-

ição do fósforo em esgoto doméstico bruto.

particulado

solúvel

P inorg

(poli+orto-

Fosfatos)

P total

P Org

Figura 22. Distribuição das formas de fósforo no esgoto doméstico bruto.

FONTE: VON SPERLING, 2005 – Adaptado de IAWQ, 1995

3.3.2.5 Sal

Trata-se de um constituinte conservativo. Segundo NASSER (2001), através de sua concen-

tração, pode indicar o nível de mistura dos rios e das águas oceânicas na circulação hidro-

dinâmica de estuários. Sob o aspecto da qualidade de água, a quantidade de sal presente em

um meio pode ser utilizada para avaliação complementar da poluição. Isto porque, em ge-

ral, os efluentes domésticos e industriais não apresentam teor de sal, gerando um déficit de

salinidade no meio após a diluição no corpo receptor.

A salinidade de um determinado corpo hídrico é expressa em função da condutividade da

água, representando a concentração dos sais dissolvidos. Desde os anos 90, a UNESCO-

United Nations Educational, Scientific and Cultural Organization, convencionou a substi-

tuição da representação da salinidade dada anteriormente pela unidade adimensional ‰ ou

ppt (parts per thousand) pela unidade também adimensional psu (practical salinity unit),

que representa 1 ppt.

3.3.2.6 Temperatura

A temperatura da água representa um parâmetro significativo no estudo de qualidade de

água no que concerne os seguintes fatores:

 Influencia as reações químicas e biológicas nos ecossistemas aquáticos;

 Interfere no teor de oxigênio dissolvido na água;

 A variação da temperatura influencia a densidade da água, alterando os processos de

transporte. A elevação da temperatura produz uma redução da viscosidade até a

temperatura crítica de 4ºC. Isto pode provocar um afundamento dos microorganis-

mos, em especial do fitoplâncton e gerar danos ao ecossistema aquático. (MOTA,

2003).

A variação de temperatura depende das trocas de calor na interface ar-água e, consequen-

temente, da distribuição de energia através da coluna d água. As principais fontes de calor

natural que atingem a superfície da água são: a radiação solar de ondas curtas, a radiação

atmosférica de ondas longas, a condução de calor da atmosfera para a água e o lançamento

direto de efluentes com diferentes temperaturas. Os principais processos dissipativos de

calor, a partir da água são: radiação de ondas longas emitidas da superfície da água, evapo-

ração e condução de calor (Referência Técnica do SisBaHiA

, 2008) apud (THOMANN &

MULLER, 1987).

Segundo NASSER (2001) apud JICA (1992), a temperatura da água superficial da Baía de

Guanabara oscila entre valores próximos a 23ºC na entrada da baía, com profundidades

mais elevadas e influência oceânica, e valores próximos a 27 ºC na área do fundo da baía,

onde a lâmina de água é mais rasa.

3.3.2.7 Biomassa de Fitoplâncton

A biomassa de fitoplâncton representa um importante parâmetro de qualidade de água por

indicar o equilíbrio do ecossistema e o grau de poluição, sendo um dos parâmetros de de-

terminação do Índice de Estado Trófico de determinado corpo hídrico. Apresenta estreita

relação com a quantidade de nutrientes disponíveis no meio, pois são os elementos que li-

mitam o crescimento de fitoplâncton em ecossistemas aquáticos, além das condições físi-

cas. (CETESB, 2008).

Normalmente, em estudos de qualidade de água, a biomassa do fitoplâncton é estimada

através da quantidade de clorofila-a presente no meio. Sendo um pigmento responsável pela

captação da luz e sua conversão em energia química nestes organismos, a clorofila-a é co-

mumente quantificada por absorbância com um aparelho chamado espectrofotômetro, ou

fluorescência pelo uso de um fluorímetro. A biomassa é então expressa como uma quanti-

dade de clorofila-a por volume de água. (GIANNINI et al, 2006) apud (CULLEN, 1982).

A unidade usual de clorofila-a em estudos de qualidade de água é

[

]

. Segundo

NASSER (2001) apud BROWN

et al. (1985), esse pigmento apresenta picos específicos de

absorção da luz visível na faixa do azul e na faixa do vermelho, que podem ser mascarados

quando há sedimentos em suspensão ou matéria orgânica dissolvida na água.

3.3.3. Modelo de Qualidade de Água do SisBaHiA

O modelo de qualidade de água e eutrofização do SisBaHiA

consiste em um conjunto de

modelos de transporte Euleriano, que apresenta como objetivo o transporte de substâncias e

propriedade em corpos d’água naturais. Este modelo permite a simulação acoplada de até

11 parâmetros de qualidade de água e indicadores de eutrofização: sal, temperatura, OD-

DBO, nutrientes compostos de nitrogênio e de fósforo e biomassa. Tais modelos podem ser

aplicados para escoamentos 2DH, ou em camadas selecionadas de escoamentos 3D. No

estudo será utilizado o modelo de OD e DBO para modelo hidrodinâmico 2DH.

Este modelo segue uma abordagem euleriana, portanto considera a mesma malha de ele-

mentos finitos do modelo hidrodinâmico, permitindo assim que as componentes de veloci-

dade calculadas pelo modelo hidrodinâmico possam ser usadas diretamente no modelo, sem

a necessidade de qualquer tipo de interpolação espacial. O mesmo acontece com outros

parâmetros, como a velocidade do vento, a elevação e algumas características geométricas.

O esquema numérico utilizado no modelo usa elementos finitos na discretização espacial e

diferenças finitas na discretização temporal. Para tanto, é preciso escrever a equação de

transporte na formulação residual ponderada e depois discretizar temporalmente. (Referên-

cia Técnica do SisBaHiA

, 2009).

A base para este modelo provém das equações de quantidade de movimento e da continui-

dade. Tais equações são resolvidas no modelo hidrodinâmico. A partir do campo de veloci-

dades e níveis obtidos neste modelo, é possível aplicar as equações do transporte advectivo-

difusivo em conjunto com os processos de reações químicas, utilizando o princípio funda-

mental de conservação de massa.

Os parâmetros são considerados como contaminantes passivos, ou seja, as substâncias pre-

sentes na água não afetam a circulação hidrodinâmica do corpo hídrico. Assim, os modelos

hidrodinâmico e de transporte de escalar rodam desacoplados. Os contaminantes também

são considerados não conservativos e, portanto, sofrem modificação na concentração atra-

vés de processos físicos, químicos e biológicos. Sua formulação consiste basicamente na

solução da equação do balanço de massa de cada substância constituinte estabelecida no

modelo.

Analisando um elemento infinitesimal de partícula, utiliza-se o princípio da conservação de

massa. Assim, a partir de uma condição inicial do corpo hídrico, é possível determinar a

variação da qualidade de água em um ponto do domínio.

[][]

PeC

luxos E

luxos R

∂

=−+

∂

∑

Onde:

ÎRepresenta a massa, que pode ser representada em função da sua concentração mássi-

C , como sendo

mCx

z=ΔΔΔ

;

PeC

∑

Î Representa reações de produção e consumo;

Desenvolvendo a equação temos:

xyz

∂

ΔΔΔ

∂

()

xyz

∂

=− Δ Δ Δ

∂

(

)

xyz

∂

−ΔΔΔ

∂

(

)

xyz

∂

−ΔΔΔ

∂

PeC

Rxyz+ΔΔΔ

∑

()

(

)

(

)

cc c

PeC

uC vC wC

txyz

∂∂∂

∂

=− − − +

∂∂∂ ∂

∑

(

)

PeC

∂

=− +

∂∂

∑

, para

1, 2, 3i

(16)

Onde:

cc c

uvw

são velocidades difusivas.

Utilizando a estratégia numérica de modelar o efeito difusivo tem-se:

()

fluxoadvectivo

luxo difusivo

u C uC u u C=+−

 

, onde

()

uuC Dij

∂

−=−

∂

(17)

Onde:

É o tensor que representa o coeficiente de difusão turbulenta de massa;

Aplicando a promediação ao longo da coluna d’água e aplicando técnicas de modelagem e

filtragem, a equação de transporte de escalar na forma conservativa integrada na camada de

espessura H é dada por:

()

iijjk PEI

ii kk

CC CC

UHD qqqR

txHx xxH

⎛⎞

⎡⎤

∂

Λ∂∂ ∂ ∂

+= + −−±+

⎜⎟

⎢⎥

⎜⎟

∂∂ ∂ ∂∂

⎣⎦

⎝⎠

∑

  

(18)

Para

,1,2ij= e 1, 2, 3k = , sendo 3k

correspondente ao tempo

Esta descreve o transporte de variáveis de grande escala (BEDFORD, 1994), e utiliza a

técnica de filtragem para a modelagem de tensões turbulentas (ROSMAN, 1987 e

ALDAMA, 1985).

Onde:

Representa a concentração do escalar de interesse;

Representa as componentes horizontais da velocidade;

Representa a altura da coluna de água;

PEI

qqeqRepresentam as vazões por unidade de área, respectivamente, de precipita-

ção com valores sempre positivos, evaporação com valores sempre negativos e infiltração

que pode assumir valores tanto positivos quantos negativos

.msm

⎡

⎤

⎣

⎦

;

∑

Representa as reações cinéticas de produção ou consumo;

Representa o delta de Kronecker, dado por:

→=

⎧

⎨

→≠

⎩

;

kkk

Λ= Δ

Representa a largura do filtro na dimensão

, sendo

um parâmetro

de escala. Os valores típicos de

calibrados para difusão/advecção são da ordem de 0,25 a

2,0, com valor usual igual a 1,0.

O SisBaHiA

trabalha com a equação de transporte advectivo-difusivo comum a todas as

substâncias e com as reações cinéticas específicas para cada escalar. As principais reações

cinéticas dos parâmetros utilizados no SisBaHiA

são descritas a seguir.

3.3.3.1 Reações Cinéticas do Modelo de OD e DBO

As reações cinéticas do modelo de OD e DBO foram baseadas em MUHAMMETOGLU &

SOYUPAK (2000) e contemplam os seguintes processos:

 DBO: decaimento, oxidação, deposição e desnitrificação;

 OD: reaeração, oxidação, nitrificação, crescimento, respiração, e demanda de oxi-

gênio devido ao sedimento.

 DBO (C

)

(20)

5635

514 5 5

(20)

22 2

(1 )

532

414

oc D D D

DBO

decaimento

deposiçao

oxidaçao

denitrificaçao

CCVf

RaKCK C C

tKCH

−

⎛⎞

∂−

== −Θ − −

⎜⎟

∂+

⎝⎠

⎛⎞

−Θ

⎜⎟

⎝⎠

∑

 



  





(19)

 OD (C

)

( 20) ( 20) ( 20)

666

66 512121

()

32 48 14

(1 )

12 14 12

TT T

aa s DD

DBO NIT

reaeraçao

oxidaçao nitrificaçao

PI NH

crescimento de

CCC

KCCK CK C

tKCKC

GPC

−− −

⎛⎞ ⎛⎞

∂

==Θ −−Θ − Θ +

⎜⎟ ⎜⎟

∂++

⎝⎠ ⎝⎠

⎛⎞

++−

⎜⎟

⎝⎠

∑

   



 

()

(20)

11 4

RR s

respiraçao demanda sedimento

fitoplancton

SOD

−

−Θ −Θ





(20)

A Tabela 13 apresenta a descrição dos coeficientes considerados nas reações cinéticas do

modelo. Consistem em parâmetros empíricos, com uma faixa de até duas ordens de grande-

za de variação dos valores usuais encontrados na literatura. Tem-se aí a grande dificuldade

de calibração do modelo. A tabela também apresenta os valores adotados após ajustes inte-

rativos, considerando os dados da região.

Tabela 13. Coeficientes responsáveis pelas reações cinéticas do modelo OD e DBO de qualidade de água

do SisBaHiA

Descrição Notação Valores Usuais

Valor

adotado

Unidade

Fator de conversão da clorofila em biomas-

sa de fitoplâncton

0,02 a 0,1 0,03 (

mg Chla) /(mg C

)

Coeficiente de temperatura para a nitrificação

1,08

Coeficiente de temperatura para a respiração

de biomassa

Coeficiente de temperatura para a reaeração

Coeficiente de temperatura para a desoxige-

nação

Coeficiente de temperatura para o fator de

Demanda de Sedimento SOD

Fração de DBO dissolvida na coluna d’água

0,1 a 0,9 0,5

Taxa de crescimento do fitoplâncton endógeno

0,1 a 3,6 1,0 /dia

Taxa de nitrificação a 20ºC na coluna d’água

0,005 a 0,18 0,1 /dia

Taxa de decaimento da biomassa

0,02 a 0,12 0,05 /dia

Taxa de respiração da biomassa a 20ºC

0,05 a 0,12 0,12 /dia

Taxa de desnitrificação a 20ºC

0,09 0,09 /dia

Taxa de reaeração a 20ºC

0,1 a 10

ou formulação*

4,0 /dia

Taxa de Desoxigenação a 20ºC

0, 02 a 0,9 0,5 /dia

Constante de meia saturação para oxidação

da DBO

DBO

0,1 a 0,5 0,5 mg O

Constante de meia saturação para OD limitado

pelo processo de nitrificação

NIT

0,1 a 2,0

2,0 mg O

Constante de meia saturação para desnitrifi-

cação limitada pelo OD

NO3

0,1 0,1 mg N/L

Termo de Referência da Amônia

NH3

Formulação** **

Demanda de oxigênio no sedimento

SOD

0,2 a 4,0 1,0 (g/m

/dia)

Velocidade de sedimentação de substâncias

orgânicas

0,01 a 0,05 0,01 m/dia

FONTE: Referência Técnica do SisBaHiA

, 2008.

*A formulação de K

0,67

1,85

(m/s)

(m)

0.8

5,34

(21)

**A formulação de P

NH3

12122

()()()()

onde 0a 35 /15a150 / 25/ 50a 500 / 200ou 340.

nM nM nM

KCKC CCKC

⎡⎤

⎢⎥

++ ++

⎣⎦

(22)

O ciclo do OD e DBO utilizado no modelo pode ser simplificado segundo esquema apre-

sentado na Figura 23.

Nitrogênio

– Gás

Oxigênio Dissolvido

Fitoplâncton

Demanda Bio. de Oxigênio Carbonácea

itrato

Respiração

Fotossíntese

Amônia

Sedimentação da

demanda de O

Reaeração

nitrificação

denitrificação

mineralização

Figura 23. Ciclo de OD e DBO utilizado no modelo do SisBaHiA

FONTE: CUNHA, et al, 2002.

4. Estudo da Circulação Hidrodinâmica

Este estudo consistiu na avaliação da influência da obra de dragagem na circulação hidro-

dinâmica do Canal do Fundão. É esperado que com a dragagem do canal, o mesmo apre-

sente uma circulação capaz de renovar suas águas e assim, melhorar o padrão de qualidade

de água.

Neste item são apresentados todos os dados necessários ao estudo da circulação hidrodinâ-

mica. São detalhados os cenários de simulação, as características físicas do estuário adota-

das no estudo, os forçantes hidrodinâmicos bem como as características dos modelos, com

informações sobre a discretização espacial, condições de contorno e iniciais.

4.1. Cenários de Simulação

Os cenários escolhidos retratam um estudo comparativo entre a situação atual assoreada e

as situações projetadas, com duas etapas do projeto de revitalização. Optou-se por três ce-

nários para que se pudesse analisar separadamente o efeito na qualidade da água destas eta-

pas. Na primeira situação projetada avalia-se apenas o efeito da dragagem. Na segunda si-

tuação projetada adiciona-se a hipótese de construção de um cinturão ao longo do Canal do

Fundão, removendo todo o esgoto lançado pela comunidade vizinha. Estes cenários foram

escolhidos com base no Relatório Ambiental Simplificado do projeto de revitalização do

canal. A seguir serão detalhadas as características principais destes cenários.

4.1.1. Situação Atual

Este cenário apresenta a batimetria atual da Baía de Guanabara, em especial, a do Canal do

Fundão. A batimetria atualizada do canal foi fornecida pela empresa Interdraga Consultoria

e Serviços Ltda., que realizou um estudo topobatimétrico em março de 2008 para atualiza-

ção dos dados necessários ao projeto de dragagem.

4.1.2. Situação Futura1 - Dragagem

Este cenário consiste na alteração da batimetria, conforme estudo realizado pela empresa

CH SERVIÇOS AMBIENTAIS, em que o canal terá seu vão central rebaixado até a cota de

4,25m e a remoção dos seus principais estrangulamentos, garantindo uma seção hidráulica

mínima de 300m² ao longo de todo canal.

4.1.3. Situação Futura 2 – Dragagem e Implantação do Cinturão no Canal

Neste cenário, além da alteração de batimetria prevista na situação futura 1, foi considerada

a implantação de um cinturão nas margens continentais do canal, removendo os pontos de

lançamento de esgoto in natura, provenientes do Complexo da Maré. Este esgoto será en-

caminhado todo ele para estação de Tratamento de Esgoto Alegria, que apresenta atualmen-

te sistema secundário de tratamento. Esta situação retrata o projeto previsto pela Secretaria

Estadual de Ambiente, detalhado no item 2.6.

4.2. Dados de Implementação do Modelo

4.2.1. Contornos do Domínio e Discretização Espacial

Para caracterização da área de estudo, foi utilizado o domínio geral da Baía de Guanabara,

através do qual se obtêm as condições reinantes nas extremidades da área do Canal do Fun-

dão. A área do Canal do Fundão foi incluída com grande detalhamento no modelo geral da

Baía de Guanabara, apresentando os principais aportes de despejos domésticos no canal,

bem como o Canal do Cunha com sua área de influência. O contorno foi atualizado com as

imagens do software Google Earth

Com o problema de assoreamento do Canal do Fundão, a região apresenta, principalmente

em épocas de sizígia, regiões de áreas secas visíveis. Criam-se bancos de areia na superfície

próximos às margens, conforme apresentado na Figura 3 e Figura 4. Para simular este pro-

blema de forma mais realista, foi necessário um maior refinamento na região de interesse.

Isto porque o SisBaHiA

trabalha com a técnica de interpolação em forma de parábola para

o cálculo das velocidades e da elevação. Portanto, quando se tem nós naquelas regiões su-

jeitas às condições de secamento é necessário um maior cuidado quanto ao refinamento da

malha, inserindo nós capazes de representar o comportamento de maneira mais realista,

sem interpolações de velocidades negativas. Assim, foi realizado um refinamento na região

de estudo, acompanhando as isolinhas de profundidade da região, onde o limite do nó da

margem representa o limite da área de secamento. Este refinamento obriga um maior em-

penho computacional para a simulação do modelo, com a necessidade de reduzir o passo de

tempo.

A discretização espacial do modelo foi feita via elementos finitos quadrangulares biquadrá-

ticos. A malha utilizada apresenta 2157 elementos quadrangulares e 9801 nós. A Figura 24

apresenta a malha do domínio geral, com suas principais características geométricas. O

detalhamento da região de interesse é apresentado na Figura 25, onde são mostrados os

cinco pontos de aportes de efluentes domésticos no Canal do Fundão.

A profundidade média do modelo com 12,021m difere um pouco dos valores fornecidos

pela literatura em torno de 7,6m, por incorporar a região além do limite sul da Baía de

Guanabara com grandes profundidades, com o objetivo da fronteira aberta não interferir na

circulação interna da baía, tornando o estudo mais realístico.

670000 675000 680000 685000 690000 695000 700000 705000

7450000 7455000 7460000 7465000 7470000 7475000 7480000 7485000 7490000 7495000

Ilha do Governador

Rio Estrela

Canal do Fundão

Rio Suruí

Rio Iriri

Rio Roncador

Canal de Magé

Rio Guapimirim

Rio Cacerebú

Rio Guaxindiba

Rio Imboassú

Figura 24. Domínio de modelagem discretizado por malha de elementos finitos biquadráticos, com

grande detalhamento na região do Canal do Fundão. A região do canal do Fundão, destacada no retân-

gulo amarelo, é detalhada na Figura 25.

Elementos Totais: 2157

Quadrangulares 2157

Triangulares 0

Nós Totais: 9891

Internos 7295

Contorno Terra 2543

Contorno Aberto 55

Terra/Aberto 2

Banda Máxima: 314

Domínio Discretizado:

Área = 550288995.851 m²

Volume = 6615234581.915 m³

Prof.Med. = 12.021 m

679000 679700 680400 681100 681800 682500 683200 683900

7468400 7469100 7469800 7470500 7471200 7471900 7472600 7473300

UTM

Figura 25. Detalhe do refinamento da malha na região de interesse.

4.2.2. Parâmetros Ambientais

São apresentados os principais parâmetros que caracterizam o domínio de modelagem e

suas condições ambientais.

4.2.2.1 Batimetria

Cenário Atual

Os dados de batimetria da Baía de Guanabara mostrados na Figura 26 foram retirados de

cartas náuticas da Diretoria de Hidrografia e Navegação da Marinha do Brasil. Especifica-

mente, os dados foram obtidos das cartas náuticas Baía de Guanabara n

1501 (escala

1:50.000), Barra do Rio de Janeiro n

1511 (escala 1:20.000) e Porto do Rio de Janeiro n

1512 (escala 1:20.000), todas editadas e atualizadas pela DHN.

A atualização da batimetria da região de interesse foi fornecida pela empresa responsável

pela obra de dragagem, Interdraga, que realizou um levantamento topobatimétrico em mar-

ço de 2008, como parte do estudo de viabilidade da dragagem dos canais.

Os valores de profundidade dos nós da malha foram calculados pelo método de interpola-

ção Krigagem (kringing) do software Surfer

na versão 8.0. Pelo fato da região estudada

apresentar elementos pequenos, com largura média 10,0m, diminuiu-se o raio de busca e o

espaçamento presumido durante a interpolação. O resultado da batimetria para o domínio

geral é apresentado na Figura 26. Na Figura 27 há o destaque da batimetria para a região de

interesse.

670000 675000 680000 685000 690000 695000 700000 705000

7450000 7455000 7460000 7465000 7470000 7475000 7480000 7485000 7490000 7495000

Rio Estrela

Ilha do Governador

Canal do Fundão

Rio Suruí

Rio Iriri

Rio Roncador

Canal de Magé

Rio Guapimirim

Rio Cacerebú

Rio Guaxindiba

Rio Imboassú

0.7

1.7

2.7

3.7

4.7

5.7

6.7

7.7

9.7

10.7

12.7

15.7

17.7

20.7

25.7

30.7

35.7

40.7

45.7

50.7

Profundidade (m)

ref. NMM

Figura 26. Mapa do domínio geral de modelagem. Profundidades referidas ao Nível Médio do Mar

(NMM) com a batimetria da situação atual. Detalhes da região de interesse marcada pelo quadro ver-

melho estão na figura a seguir.

679000 679700 680400 681100 681800 682500 683200 683900

7468400 7469100 7469800 7470500 7471200 7471900 7472600 7473300

UTM

Profundidade (m)

0.00

0.40

0.80

1.20

1.60

2.00

2.40

2.80

3.20

3.60

4.00

4.40

4.80

5.20

5.60

6.00

6.40

6.80

7.20

7.50

Ref. (NMM)

Figura 27. Região focal de interesse, mostrando de forma ilustrativa o Canal do Fundão com profundi-

dades relativas ao Nível Médio do Mar (NMM), retratando situação atual.

¾ Cenário Futuro

Neste cenário a batimetria do canal foi alterada, considerando o projeto de dragagem pre-

visto. Os valores da batimetria projetada foram fornecidos pela empresa Interdraga. Estes

dados estavam referenciados ao datum horizontal SAD69 e ao datum vertical o marégrafo

de Imbituba-SC. Para o modelo, foram ajustadas a batimetria para o Nível Médio do Mar

na Ilha Fiscal. Assim, a cota de rebaixamento prevista de 4,25m foi ajustada para o valor

próximo a 4,00m pela nova referência.

A Figura 28 apresenta o domínio geral da Baía de Guanabara. Percebe-se que o domínio

não apresenta modificações na batimetria, exceto na região de interesse. Para uma melhor

visualização, apresenta-se a Figura 29 com o destaque da região de interesse.

670000 675000 680000 685000 690000 695000 700000 705000

7450000 7455000 7460000 7465000 7470000 7475000 7480000 7485000 7490000 7495000

Rio Estrela

Ilha do Governador

Canal do Fundão

Rio Suruí

Rio Iriri

Rio Roncador

Canal de Magé

Rio Guapimirim

Rio Cacerebú

Rio Guaxindiba

Rio Imboassú

0.7

1.7

2.7

3.7

4.7

5.7

6.7

7.7

9.7

10.7

12.7

15.7

17.7

20.7

25.7

30.7

35.7

40.7

45.7

50.7

Profundidade (m)

ref. NMM

Figura 28. Mapa do domínio geral de modelagem. Profundidades referidas ao Nível Médio do Mar

(NMM) com a batimetria da situação projetada. Detalhes da região de interesse marcada pelo quadro

vermelho estão na figura a seguir.

679000 679700 680400 681100 681800 682500 683200 683900

7468400 7469100 7469800 7470500 7471200 7471900 7472600 7473300

UTM

Profundidade (m)

0.00

0.40

0.80

1.20

1.60

2.00

2.40

2.80

3.20

3.60

4.00

4.40

4.80

5.20

5.60

6.00

6.40

6.80

7.20

7.50

Ref. (NMM)

Figura 29. Região focal de interesse, mostrando de forma ilustrativa o Canal do Fundão com profundi-

dades relativas ao Nível Médio do Mar (NMM), retratando situação projetada.

4.2.2.2 Tipo de Fundo e Rugosidade Equivalente

Para descrever os escoamentos ocorridos na Baía de Guanabara é fundamental o conheci-

mento das forças governantes dos movimentos. Tais forças são provenientes dos gradientes

de pressão, ação do vento e das tensões de atrito do fundo. Estas, por sua vez, podem ser

determinadas através do coeficiente de Chézy, que é dependente dos parâmetros de rugosi-

dade equivalente (ε) e do tipo de fundo (ROSMAN, 1997). A amplitude da rugosidade e-

quivalente é dependente do tipo de material encontrado, bem como sua respectiva granulo-

metria. Na falta de levantamentos de campo, usualmente são adotados os valores recomen-

dados por ABBOT & BASCO (1989) para amplitude de rugosidade equivalente (ε).

Tabela 14. Valores equivalentes para amplitude da rugosidade equivalente de fundo (ε).

Fundo sedimentar (areia, terra, vasa, etc.):

Fundo com transporte de sedimentos 0.0070m < ε < 0.0500 m

Fundo com vegetação 0.0500m < ε < 0.1500 m

Fundo com obstáculos 0.1500m < ε < 0.4000 m

Fundo de pedra ou rochoso:

Fundo de alvenaria 0.0003m < ε < 0.0010 m

Fundo de pedra lisa 0.0010m < ε < 0.0030 m

Fundo de asfalto 0.0030m < ε < 0.0070 m

Fundo com pedregulhos 0.0070m < ε < 0.0150 m

Fundo com seixos rolados 0.0150m < ε < 0.0400 m

Fundo com pedras 0.0400m < ε < 0.1000 m

Fundo com rochas 0.1000m < ε < 0.2000 m

Fundo de concreto:

Fundo de concreto liso 0.0001m < ε < 0.0005 m

Fundo de concreto inacabado 0.0005m < ε < 0.0030 m

Fundo de concreto antigo 0.0030m < ε < 0.0100 m

FONTE: SAMPAIO (2003) apud ABBOT & BASCO, 1989

As rugosidades foram baseadas em mapa de distribuição de sedimentologia na Baía de

Guanabara, segundo estudos de AMADOR (1997) e SAMPAIO (2003). Considerando as

informações sugeridas pela Tabela 14, a distribuição da amplitude da rugosidade do fundo

pode ser estabelecida conforme descrições a seguir e apresentada na Figura 30.

•

Aproximadamente 0,01m para as áreas com predomínio de partículas coloi-

dais e siltes finos – região Norte da Baía de Guanabara;

•

Aproximadamente 0,02m para as áreas com predomínio de areia fina e argi-

la – região leste e ao sul da Ilha do Governador;

•

Aproximadamente 0,03m para as áreas com predomínio de areias finas – á-

rea do canal central;

•

Aproximadamente 0,05m para as áreas com predomínio de areias médias –

entre a entrada da Baía de Guanabara e o contorno aberto.

0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000 40000

5000

10000

15000

20000

25000

30000

35000

40000

45000

50000

7450772

7455772

7460772

7465772

7470772

7475772

7480772

7485772

7490772

672479 677479 682479 687479 692479 697479 702479

Ilha do Governador

[0, 0] = [667479, 7445772] UTM

RIO DE JANEIRO

NITERÓI

MAGÉ

DUQUE

DE CAXIAS

(UTM)

Estação das Barcas

Argila: muito fina a fina

Argila: média a grossa

Silte: muito fino a fino

Silte: médio a grosso

Areia: muito fina a fina

Areia: média a grossa

Sedimentos em Unidades

Figura 30. Distribuição de sedimentos na Baía de Guanabara.

4.2.2.3 Marés

As constantes harmônicas consideradas no modelo foram obtidas da Tábua de Marés da

FEMAR – Fundação de Estudos do Mar para a Estação Maregráfica do Porto do Rio de

Janeiro - Ilha Fiscal. No entanto, foram utilizados valores já calibrados para a fronteira a-

berta do modelo. A Tabela 15 apresenta as constantes harmônicas utilizadas no modelo.

Tabela 15. Constantes harmônicas calibradas para a fronteira aberta do modelo.

Constante

Período

(seg)

Amplitude

(m)

Fase

(rad)

M2 44714,16439 0,2877 1,7396

S2 43200 0,1598 1,8443

O1 92949,62999 0,1053 1,562

As 31556955,92 0,079 5,9865

K1 86164,09076 0,0579 2,5569

K2 43082,04524 0,0492 1,7222

M4 22357,0822 0,0452 2,6093

N2 45570,05368 0,0354 2,4727

Mm 2380713,137 0,032 2,6704

Q1 96726,08402 0,028 1,0384

P1 86637,20458 0,0222 2,3125

MS4 21972,0214 0,0218 4,3546

MN4 22569,02607 0,0195 1,7541

mu2 46338,32748 0,0147 2,1934

2N2 46459,34813 0,0121 2,5599

M1 89399,69409 0,0087 2,2602

nu2 45453,61588 0,0052 2,2283

T2 43259,21711 0,0052 2,4552

L2 43889,83274 0,0043 3,1708

MNS2 42430,07142 0,0043 1,7222

SN4 22176,69402 0,0039 3,8136

M3 29809,44293 0,0036 3,9379

MO3 30190,69069 0,003 1,3025

OO1 80301,86711 0,0029 5,6461

MK3 29437,70388 0,0024 2,4893

A Figura 31 apresenta as constantes da tabela acima para durante os trinta e um dias de

simulação.

Figura 31. Constantes harmônicas consideradas no modelo hidrodinâmico.

4.2.2.4 Ventos

Os dados de ventos foram obtidos a partir de uma série de registros horários de direção e

intensidade de ventos dos anos de 1999 a 2000, medidos na estação do Aeroporto Interna-

cional do Rio de Janeiro – Galeão / Maestro Antônio Carlos Jobim, operada pela

INFRAERO – Empresa Brasileira de Infra-Estrutura Aeroportuária, conforme dados de

ROSMAN (2001). As características da estação estão descritas na tabela a seguir.

Tabela 16. Localização da Estação AIRJ - INFRAERO

Estação AIRJ

Latitude 22º 48' 36'' S

Longitude 43º 15' 02'' W

Para o estudo em questão foram corrigidos os valores da velocidade do vento para altitude

padrão de 10 m acima da superfície livre.

A Figura 32 mostra a distribuição dos ventos orientados segundo a rosa dos ventos e o his-

tograma de frequência dos ventos medidos no mês de outubro de 2000. Observa-se que o

vento reinante, de maior frequência, é o vento de Sudeste, com frequência de cerca de 26%

e picos de intensidade superiores a 9 m/s, seguido dos ventos do quadrante leste-sul e de

norte. O vento dominante, produto do quadrado da intensidade pela frequência, também é

de sudeste, com velocidade de 2 m/s e frequência de 26%, conforme histograma abaixo.

0 72 144 216 288 360 432 504 576 648 720

Tempo (h)

-0.8

-0.4

0.4

0.8

Elevação (m)

<=1

>1 - 3

>3 - 5

>5 - 7

>7 - 9

>9 - 13

NNENNE

NENE

ENEENE

ESEESE

SESE

SSESSE

SSWSSW

SWSW

WSWWSW

WNWWNW

NWNW

NNWNNW

0% 4% 8% 12% 16%

Ventos - Outubro - 2000

(Velocidades em m/s)

Histograma

10%

15%

20%

25%

30%

012345678910111213

Intensidade (m/s)

Frequência

Figura 32. Rosa dos ventos e histograma de frequência de intensidade de ventos em Outubro de 2000 da

Baía de Guanabara, caracterizando uma situação de ventos usuais.

A Figura 33, a seguir, ilustra as ocorrências de ventos no mês de outubro de 2000. Observa-

se nos períodos vespertinos, entre 14 e 22 horas, a ocorrência de brisas com maiores inten-

sidades vindas do mar para o continente, e pela manhã ventos mais fracos proveniente do

continente para o mar.

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23

0.5

1.5

2.5

3.5

4.5

5.5

6.5

7.5

8.5

9.5

Horas

Dias

Outubro de 2000

Velocidade (m/s)

Figura 33. Série de ventos medidos na Baía de Guanabara, em Outubro de 2000, tipificando ventos

usuais. O período de modelagem de 01 a 31 de Outubro de 2000.

4.3. Condições de Contorno

4.3.1. Vazões dos Rios Afluentes

Os dados de vazões fluviais foram estimados pelo método racional por SAMPAIO, 2003,

conforme fórmula a seguir:

3, 6

iAC

Q =

(23)

Onde:

Q = vazão em [m³/s];

i =

intensidade média de precipitação sobre toda área drenada, de duração igual ao

tempo de concentração em [mm/h]

= área drenada em [km²]

C =

coeficiente de escoamento.

A intensidade média de precipitação

foi obtida pelos dados do DNMET – Departamento

Nacional de Meteorologia, pelas normais climatológicas da Estação do Rio de Janeiro no

ano de 1990, apresentadas na Tabela 17.

Tabela 17. Valores de Precipitação Total para todos os meses do ano de 1990, para Estação do Rio de

Janeiro.

Meses

Precipitação

Total (mm)

JAN

114.1

FEV

104.3

MAR

103.3

ABR

137.4

MAI

85.6

JUN

80.4

JUL

56.4

AGO

50.5

SET

87.1

OUT

88.2

NOV

95.6

DEZ

169

TOTAL

1171.9

FONTE: SAMPAIO (2003) Apud Normais Climatológicas - DNMET (1990).

O coeficiente de escoamento foi adotado como sendo 50%, em função dos diversos tipos de

uso do solo na bacia e conforme valores indicados na Tabela 18. (SAMPAIO, 2003).

Tabela 18. Valores de C em função das características da bacia.

Características da Bacia C [%]

Superfícies impermeáveis 90 - 95

Terreno estéril montanhoso 80 - 90

Terreno estéril ondulado 60 - 80

Terreno estéril plano 50 - 70

Prados, campinas, terreno ondulado 40 - 65

Matas deciduais, folhagem caduca 35 - 60

Matas coníferas, folhagem permanente 25 - 50

Pomares 15 - 40

Terrenos cultivados em zonas altas 15 - 40

Terrenos cultivados em vales 10 - 30

FONTE: SAMPAIO (2003) Adaptado de PINTO et al. (1976).

A Tabela 19 apresenta os valores obtidos pelo método.

Tabela 19. Áreas de drenagem dos rios considerados e suas vazões médias

Rios

Área

Drenada(km²)

Chuva

(mm/h)

Vazão

(m³/s)

Canal do Cunha 60,5 0,5 0,1712 1,439

Rio Irajá 27,3 0,5 0,1712 0,649

Rio São João de Meriti 163,5 0,5 0,1712 3,880

Rio Sarapuí 159,8 0,5 0,1712 3,800

Rio Iguaçu 554,2 0,5 0,1712 12,942

Rio Estrela 342,5 0,5 0,1712 8,145

Rio Suruí 53,2 0,5 0,1712 1,265

Rio Iriri 8,4 0,5 0,1712 0,200

Rio Roncador 107 0,5 0,1712 2,545

Canal de Magé 4,6 0,5 0,1712 0,109

Rio Guapimirim 1233,7 0,5 0,1712 29,340

Rio Cacerebu 758,4 0,5 0,1712 18,037

Rio Guaxindiba 11,8 0,5 0,1712 0,281

Rio Imboassú 11,6 0,5 0,1712 0,276

4.3.2. Vazões dos Efluentes Domésticos

Para estimativa da vazão dos efluentes domésticos provenientes das valetas adjacentes ao

Canal do Fundão, apresentadas na Figura 14, utilizou-se o método da área edificada. Este

método consiste em projetar a vazão baseada na densidade populacional e no consumo per

capita. Trata-se de uma técnica moderna para o cálculo de vazões de escoamento em um

projeto de dimensionamento de rede de esgotos a partir da área edificada.

O método utilizado apresenta a seguinte fórmula:

86400

iii

iici

CAd q

Qkk TL Q

=++∑ (24)

Onde

= Coeficiente de máxima vazão diária no consumo de água. valor usual = 1,2;

= Coeficiente de máxima vazão horária no consumo de água. valor usual = 1,5.

C =

Coeficiente de retorno. Indica a relação média entre os volumes de esgoto produzi-

do e a água efetivamente consumida. A norma brasileira NBR 9649 (ABNT, 1986).

recomenda o valor de C = 0,8 quando inexistem dados locais oriundos de pesquisas.

= Área esgotada na época inicial de projeto, expressa em (ha);

= Densidade populacional na época inicial de projeto, em habitantes por hectare;

= Taxa per capita da água de abastecimento na época inicial de projeto (l/hab/dia).

= Taxa de contribuição de infiltração em (l/s/km);

L = Extensão da rede da área contribuinte na época inicial do projeto em (km);

Q∑

Somatório da vazão média concentrada em um ponto na época de projeto. Trata-se

de lançamentos industriais ou comerciais de valor significativo;

Para o Complexo da Maré, temos os dados populacionais estimados de VARELLA,

et al.

(2002) e a taxa per capita de AZEVEDO NETTO

et al. (1998).

Tabela 20. Dados populacionais do Complexo da Maré.

Dados Valor Unidade

Área esgotada - a

80 ha

Densidade populacional - d

150 10³ hab

Taxa per capita de água de abastecimento - q

250 l / hab.dia

Não foram considerados efeitos de infiltração, pela falta de dados disponíveis. Também não

foram considerados lançamentos industriais ou comerciais, por se tratar de uma região pre-

dominantemente residencial. Assim, a vazão estimada foi de 550l/s. Considerando uma

distribuição homogênea ao longo da região, estimou uma vazão média de 110l/s para cada

ponto destacado na Figura 14.

4.3.3. Vazão da Estação de Tratamento Alegria

A vazão de lançamento dos esgotos tratados na Estação de Tratamento Alegria foi estimada

a partir de dados fornecidos pela Companhia Estadual de Águas e Esgotos – CEDAE, do

Estado do Rio de Janeiro.

Os bairros beneficiados pela estação são: Engenho da Rainha, Tomás Coelho, Pilares, Ca-

valcante, Cascadura, Abolição, Quintino Bocaiuva, Piedade, Água Santa, Encantado, Enge-

nho de Dentro, Inhaúma, Todos os Santos, Lins, Méier, Cachambi, Del Castilho, Higienó-

polis, Maria da Graça, Manguinhos, Jacaré, Caju, Cidade Universitária, São Cristóvão,

Benfica, Rocha, Sampaio, Engenho Novo, Riachuelo, Grajaú, Vila Isabel, Andaraí, Tijuca,

Maracanã, Praça da Bandeira, Rio Comprido, Estácio, Cidade Nova, Santo Cristo, Saúde,

Gamboa, Centro, Mangueira, São Francisco Xavier, Bonsucesso e Catumbi.

Na situação atual, foi considerada a vazão de 1600l/s, com tratamento primário, segundo

CEDAE (2008). Para a situação futura utilizou-se a vazão de 2500l/s, considerando o proje-

to concluído recentemente de implantação de interceptores ao longo da cidade, aumentando

a contribuição para a ETE, incluindo a conclusão do tratamento secundário em seu escopo.

(CEDAE, 2008). Esta vazão estimada ainda não corresponde à vazão máxima de operação

do sistema. A Tabela 21 apresenta as principais características da Estação.

Tabela 21. Principais características da Estação de Tratamento Alegria.

ETE Alegria

Tratamento Atual Primário

Tratamento Previsto Secundário

Vazão Atual de Operação 1600l/s

Vazão Prevista de Operação 2500l/s

Vazão Máxima de Operação 5000l/s

Área Esgotável 8643ha

Bairros contemplados 46

População Beneficiada 1,5 milhões de hab

FONTE: CEDAE, 2008.

A mudança principal do tratamento primário para o secundário é a redução significativa dos

nutrientes, garantindo a redução do volume de despejo de matéria orgânica na Baía de

Guanabara em até 98% (CEDAE, 2008).

Figura 34. Localização da ETE Alegria, com significativa relevância ao estudo. A segunda figura apre-

senta em destaque a região, com identificação do ponto de lançamento.

4.4. Calibração e Validação

A calibração é a etapa fundamental para garantir que o modelo represente de maneira satis-

fatória os fenômenos estudados. Consiste em comparações e ajustes, por método interativo,

dos valores obtidos pelo modelo com os valores observados na natureza. Torna-se essencial

na calibração que os dados observados tenham sido bem apurados e consistidos, a fim de

não gerar erros sistêmicos no modelo.

Os modelos do SisBaHiA

para a Baía de Guanabara, região de estudo, já foram ampla-

mente calibrados e validados por diversos estudos anteriormente realizados pela Fundação

Coppetec. Atualmente, estão sendo utilizados por técnicos da DNH para geração de cartas

de correntes na Baía de Guanabara.

A fim de analisar a coerência entre o valor medido e o valor obtido no modelo, verificou-se

a calibração do modelo a partir de dados de níveis da maré astronômica para a Ponta da

Armação. A Figura 35 apresenta a série de quinze dias do modelo, com os dados de níveis

medidos na região.

Maré astronômica : Modelo x Ponta da Armação

-1

-0.8

-0.6

-0.4

-0.2

0.2

0.4

0.6

0.8

0 12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180 192 204 216 228 240 252 264 276 288 300 312 324 336 348 360

Tempo (h)

Nível d'água em relação ao NMM (m)

Ponta da Armação

Modelo

Figura 35. Comparação entre a série temporal de elevação do nível d’água devido à maré astronômica

na Ponta da Armação e resultados obtidos pelo modelo, para um período de 15 dias.

4.5. Resultados e Análises

Nos itens a seguir são apresentados os seguintes resultados:

 Mapas de padrões de circulação hidrodinâmica, considerando situações de marés tí-

picas de sizígia e quadratura, com vazões usuais nos rios e canais afluentes;

 Gráficos de séries temporais de níveis de maré em pontos selecionados.

 Elipses de correntes de maré médias na coluna d’água para pontos selecionados du-

rante os trinta e um dias de simulação hidrodinâmica;

 Mapas de isolinhas de ocorrências de magnitude de tensões no fundo para maré tí-

pica de sizígia nos instantes de meia maré enchente e meia maré vazante;

 Mapas de deriva de sedimentos oriundos de rios e canais afluentes, com indicativos

de zonas com tendências de deposição e de erosão.

 Mapas de isolinhas de zona de sedimentação de sedimentos finos com a altura se-

dimentada.

4.5.1. Avaliação da Circulação Hidrodinâmica

Pelo fato da circulação hidrodinâmica do cenário futuro com e sem o cinturão de intercep-

tação de esgoto

in natura nas margens continentais do Canal do Fundão apresentar compor-

tamentos muito semelhantes, são apresentados os resultados apenas da situação atual e da

situação futura, visando a uma análise comparativa entre os cenários para atestar a eficácia

da obra de dragagem. A influência do cenário com o cinturão se dá no estudo de qualidade

de água, já que as vazões dos canais de macro drenagem adjacentes ao canal não impactam

na circulação hidrodinâmica do mesmo.

As figuras a seguir apresentam os resultados do modelo hidrodinâmico. Do Gráfico 1 ao

Gráfico 3 são apresentadas as elipses de correntes de maré médias na coluna de água, para

os principais pontos de caracterização da circulação hidrodinâmica no Canal do Fundão,

retratando a situação atual e a futura. O Gráfico 5 e o Gráfico 6 apresentam as séries tempo-

rais do módulo da tensão no fundo para uma seção do Canal do Fundão para a situação atu-

al e para a situação futura respectivamente. Da Figura 36 à Figura 43 são apresentados os

comportamentos das correntes para uma maré típica de sizígia e para uma maré típica de

quadratura nos instantes de máxima enchente e máxima vazante, além dos valores médios

de velocidade para enchente e vazante. A Figura 44 e Figura 45 apresentam séries tempo-

rais de elevações de maré em pontos selecionados, mostrando que com o canal dragado as

marés atingem plenas amplitudes tanto nas enchentes quanto nas vazantes. Da Figura 47 à

Figura 48 são apresentados os padrões de isolinhas de tensão no fundo para uma maré típi-

ca de sizígia. Nas legendas das figuras são destacados aspectos importantes quanto aos re-

sultados mostrados.

-0.4 -0.3 -0.2 -0.1 0 0.1 0.2 0.3 0.4

Velocidade L-O (m/s)

-0.4

-0.3

-0.2

-0.1

0.1

0.2

0.3

0.4

Velocidade N-S (m/s)

Elipses de Correntes Entre-Pontes canal do Fundão

Situação Futura

Situação Atual

Gráfico 1. Elipses de correntes de maré médias na coluna de água (H) retratando a situação atual e a

situação futura na seção entre a ponte Brigadeiro Trompowsky e a ponte Oswaldo Cruz. Verifica-se um

incremento na velocidade de aproximadamente 67%.

-0.4 -0.3 -0.2 -0.1 0 0.1 0.2 0.3 0.4

Velocidade L-O (m/s)

-0.4

-0.3

-0.2

-0.1

0.1

0.2

0.3

0.4

Velocidade N-S (m/s)

Elipses de Correntes Ponte Brigadeiro Trompowsky

Situação Atual

Situação Futura

Gráfico 2. Elipses de correntes de maré médias na coluna de água (H) retratando a situação atual e a

situação futura na seção próxima à Ponte Brigadeiro Trompowsky. Verifica-se um incremento na velo-

cidade de aproximadamente 150%.

A região destacada no Gráfico 2 apresentou o maior ganho das velocidades, devido ao fato

de ser a região com menores velocidades ao longo do canal, atingindo um incremento supe-

rior a 150%. Esta região é estimada como sendo uma região com grande concentração de

sedimentos finos. A tensão crítica de mobilidade desta região, que será apresentada nas

Figura 47 e 48, apresentou valores inferiores a 0,05N/m² em quase todo o período de mode-

lagem na situação atual. Tal valor foi estimado através da curva do parâmetro de Shields

como sendo o valor limite de mobilidade de sedimentos finos não consolidados. Assim,

valores inferiores a este indicam a deposição dos sedimentos. Conclui-se, portanto que há

grande concentração de sedimentos finos na embocadura do canal.

-0.4 -0.3 -0.2 -0.1 0 0.1 0.2 0.3 0.4

Velocidade L-O (m/s)

-0.4

-0.3

-0.2

-0.1

0.1

0.2

0.3

0.4

Velocidade N-S (m/s)

Elipses de Correntes Ponte Oswaldo Cruz

Situação Atual

Situação Futura

Gráfico 3. Elipses de correntes de maré médias na coluna de água (H) retratando a situação atual e a

situação futura na seção próxima à Ponte Oswaldo Cruz. Verifica-se um incremento na velocidade de

aproximadamente 58%.

No Gráfico 3, percebe-se que para os principais pontos do Canal do Fundão, na situação

projetada, as velocidades das correntes apresentam valores na enchente superiores a

0,25m/s, com alguns pontos atingindo valores superiores a 0,35m/s e superiores a 0,20m/s.

Este resultado atesta uma melhora significativa à situação atual, em que apresentava valores

próximos a 0,15m/s na enchente e 0,10m/s, com zonas de estagnação. Estes resultados indi-

cam, portanto, que a obra promoverá uma melhoria da circulação hidrodinâmica.

Entretanto, o problema do canal consistia em uma defasagem das correntes internas perante

as correntes que circundam o mesmo, permitindo que estas atingissem as entradas, a jusante

e a montante do canal, antes mesmo das correntes internas conseguirem percorrer todo ca-

nal, gerando pontos de convergências e divergências. O Gráfico 4 apresenta as elipses de

corrente de marés para os pontos que circundam o Canal do Fundão. Este gráfico destaca

que não há variação significativa do módulo das velocidades das correntes ao redor do ca-

nal com a obra de dragagem e as velocidades máximas tanto de enchente quanto de vazante

não ultrapassam o valor de 0,20m/s, sendo este inferior aos obtidos nos pontos dentro do

canal. Elucida-se assim, pelo fato dos valores na situação projetada destes pontos serem

inferiores aos obtidos dentro do mesmo há a estimativa da eliminação da defasagem inter-

na.

-0.4 -0.3 -0.2 -0.1 0 0.1 0.2 0.3 0.4

Velocidade L-O (m/s)

-0.4

-0.3

-0.2

-0.1

0.1

0.2

0.3

0.4

Velocidade N-S (m/s)

Elipses de Correntes a leste da Ilha do Fundão

Situação Futura

Situação Atual

-0.4 -0.3 -0.2 -0.1 0 0.1 0.2 0.3 0.4

Velocidade L-O (m/s)

-0.4

-0.3

-0.2

-0.1

0.1

0.2

0.3

0.4

Velocidade N-S (m/s)

Elipses de Correntes ao Norte da Ilha do Fundão

Situação Futura

Situação Atual

Gráfico 4. Elipses de correntes de maré médias na coluna de água (H) retratando a situação atual e a

situação futura nas seções a leste e ao norte da Ilha do Fundão.

Torna-se pertinente ao estudo avaliar o canal através de mapas de isolinhas de velocidades,

verificando se haverá um fluxo contínuo das correntes ao longo do canal, sem zonas de

estagnação. Os mapas apresentados a seguir permitirão esta análise. De modo a permitir

uma melhor visualização, a densidade de setas é muito inferior à dos pontos de cálculo.

679000 679700 680400 681100 681800 682500 683200 683900

7468400 7469100 7469800 7470500 7471200 7471900 7472600 7473300

UTM

Velocidade (m/s)

0.00

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

0.06

0.07

0.08

0.09

0.10

0.11

0.12

0.13

0.14

0.15

0.16

0.18

0.20

0.25

0.30

Tromspowsky

Ponte Brigadeiro

Ponte Oswaldo Cruz

Alça da Linha Amarela

Linha Vermelha

Ponte da

ão

679000 679700 680400 681100 681800 682500 683200 683900

7468400 7469100 7469800 7470500 7471200 7471900 7472600 7473300

UTM

Velocidade (m/s)

0.00

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

0.06

0.07

0.08

0.09

0.10

0.11

0.12

0.13

0.14

0.15

0.16

0.18

0.20

0.25

0.30

Tromspowsky

Ponte Brigadeiro

Ponte Oswaldo Cruz

Alça da Linha Amarela

Linha Vermelha

Ponte da

Figura 36. Padrão de Circulação Hidrodinâmica de uma maré de sizígia em situação de meia maré enchente para a situação atual e futura. Destaque

para a região de estagnação no canal na condição atual.

Na Figura 36, destaca-se a zona de convergência de correntes e estagnação da circulação ao norte da Ponte Brigadeiro Trompowsky.

Para a região entre as pontes Oswaldo Cruz e Brigadeiro Trompowsky, as velocidades médias apresentam valores próximos a

100

0,10m/s.. Percebe-se que na situação futura, as correntes atingem velocidades superiores a 0,3m/s ao longo do Canal do Fundão, com a

corrente em um único sentido.

679000 679700 680400 681100 681800 682500 683200 683900

7468400 7469100 7469800 7470500 7471200 7471900 7472600 7473300

UTM

Velocidade (m/s)

0.00

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

0.06

0.07

0.08

0.09

0.10

0.11

0.12

0.13

0.14

0.15

0.16

0.18

0.20

0.25

0.30

Tromspowsky

Ponte Brigadeiro

679000 679700 680400 681100 681800 682500 683200 683900

7468400 7469100 7469800 7470500 7471200 7471900 7472600 7473300

UTM

Velocidade (m/s)

0.00

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

0.06

0.07

0.08

0.09

0.10

0.11

0.12

0.13

0.14

0.15

0.16

0.18

0.20

0.25

0.30

Tromspowsky

Ponte Brigadeiro

Figura 37. Padrão de velocidades de corrente médias durante enchentes de maré de sizígia para a situação atual e para a situação futura. Representa o

escoamento médio da circulação hidrodinâmica ao longo do período de enchente, que dura cerca de 6 horas. De modo a permitir uma melhor visualiza-

ção, a densidade de setas é muito inferior à dos pontos de cálculo.

101

Na Figura 37 é possível verificar que a zona de estagnação hídrica, com convergência de correntes, e destaca que esta zona predomina

na região entre as pontes Brigadeiro Trompowsky e Oswaldo Cruz. Na situação projetada, esta região apresenta velocidades médias da

ordem de 0,15m/s, com um fluxo contínuo ao longo de todo o Canal do Fundão.

679000 679700 680400 681100 681800 682500 683200 683900

7468400 7469100 7469800 7470500 7471200 7471900 7472600 7473300

UTM

Velocidade (m/s)

0.00

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

0.06

0.07

0.08

0.09

0.10

0.11

0.12

0.13

0.14

0.15

0.16

0.18

0.20

0.25

0.30

679000 679700 680400 681100 681800 682500 683200 683900

7468400 7469100 7469800 7470500 7471200 7471900 7472600 7473300

UTM

Velocidade (m/s)

0.00

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

0.06

0.07

0.08

0.09

0.10

0.11

0.12

0.13

0.14

0.15

0.16

0.18

0.20

0.25

0.30

Figura 38. Padrão de Circulação Hidrodinâmica de uma maré de sizígia em situação de meia maré vazante para a situação atual e para a situação futu-

ra.

102

Na Figura 38, destaca-se na figura a mesma zona de estagnação das figuras acima. Além disso, as velocidades médias entre as pontes

Brigadeiro Trompowsky e Oswaldo Cruz são da ordem de 0,12m/s. Pela figura da situação projetada, pode-se afirmar que as correntes

estão em um único sentido, sem qualquer ponto de estagnação ao longo do canal e atingem velocidades superiores a 0,3m/s.

679000 679700 680400 681100 681800 682500 683200 683900

7468400 7469100 7469800 7470500 7471200 7471900 7472600 7473300

UTM

Velocidade (m/s)

0.00

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

0.06

0.07

0.08

0.09

0.10

0.11

0.12

0.13

0.14

0.15

0.16

0.18

0.20

0.25

0.30

679000 679700 680400 681100 681800 682500 683200 683900

7468400 7469100 7469800 7470500 7471200 7471900 7472600 7473300

UTM

Velocidade (m/s)

0.00

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

0.06

0.07

0.08

0.09

0.10

0.11

0.12

0.13

0.14

0.15

0.16

0.18

0.20

0.25

0.30

Figura 39. Padrão de velocidades de corrente médias durante vazantes de maré de sizígia para a situação atual e para situação futura. Representa o

escoamento médio da circulação hidrodinâmica ao longo do período de vazante, que dura cerca de 6 horas.

103

Na Figura 39, destaca-se na ilustração da situação atual a predominância da zona de estagnação na região entre as pontes do canal, com

divergência de correntes. A velocidade média do Canal é da ordem de 0,03 m/s. De maneira análoga às figuras anteriores da situação

futura, não há pontos de divergência de correntes ao longo do canal. A velocidade média entre as pontes é da ordem de 0,09 m/s. Isto

representa uma velocidade média três vezes superior à vista na situação atual.

679000 679700 680400 681100 681800 682500 683200 683900

7468400 7469100 7469800 7470500 7471200 7471900 7472600 7473300

UTM

Velocidade (m/s)

0.00

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

0.06

0.07

0.08

0.09

0.10

0.11

0.12

0.13

0.14

0.15

0.16

0.18

0.20

0.25

0.30

Tromspowsky

Ponte Brigadeiro

679000 679700 680400 681100 681800 682500 683200 683900

7468400 7469100 7469800 7470500 7471200 7471900 7472600 7473300

UTM

Velocidade (m/s)

0.00

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

0.06

0.07

0.08

0.09

0.10

0.11

0.12

0.13

0.14

0.15

0.16

0.18

0.20

0.25

0.30

Tromspowsky

Ponte Brigadeiro

Ponte Oswaldo Cruz

Alça da Linha Amarela

Linha Vermelha

Ponte da

Figura 40. Padrão de Circulação Hidrodinâmica de uma maré de quadratura em situação de meia maré enchente para a situação atual e futura.

104

679000 679700 680400 681100 681800 682500 683200 683900

7468400 7469100 7469800 7470500 7471200 7471900 7472600 7473300

UTM

Velocidade (m/s)

0.00

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

0.06

0.07

0.08

0.09

0.10

0.11

0.12

0.13

0.14

0.15

0.16

0.18

0.20

0.25

0.30

679000 679700 680400 681100 681800 682500 683200 683900

7468400 7469100 7469800 7470500 7471200 7471900 7472600 7473300

UTM

Velocidade (m/s)

0.00

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

0.06

0.07

0.08

0.09

0.10

0.11

0.12

0.13

0.14

0.15

0.16

0.18

0.20

0.25

0.30

Figura 41. Padrão de velocidades de corrente médias durante enchentes de maré de quadratura para a situação atual e futura. Representa o escoamento

médio da circulação hidrodinâmica ao longo do período de enchente, que dura cerca de 6 horas.

Na Figura 41, nota-se que na situação atual, as velocidades da corrente são mais elevadas que na situação projetada. Isto está relacio-

nado ao tamanho da seção transversal do canal, que dragado, torna-se muito maior ao da situação atual. Pelo fato de na maré de qua-

dratura a pressão da água na entrada do canal é menor, este comportamento pode ser percebido.

105

679000 679700 680400 681100 681800 682500 683200 683900

7468400 7469100 7469800 7470500 7471200 7471900 7472600 7473300

UTM

Velocidade (m/s)

0.00

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

0.06

0.07

0.08

0.09

0.10

0.11

0.12

0.13

0.14

0.15

0.16

0.18

0.20

0.25

0.30

Tromspowsky

Ponte Brigadeiro

Ponte Oswaldo Cruz

Alça da Linha Amarela

Linha Vermelha

Ponte da

dã

679000 679700 680400 681100 681800 682500 683200 683900

7468400 7469100 7469800 7470500 7471200 7471900 7472600 7473300

UTM

Velocidade (m/s)

0.00

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

0.06

0.07

0.08

0.09

0.10

0.11

0.12

0.13

0.14

0.15

0.16

0.18

0.20

0.25

0.30

Tromspowsky

Ponte Brigadeiro

Ponte Oswaldo Cruz

Alça da Linha Amarela

Linha Vermelha

Ponte da

dã

Figura 42. Padrão de Circulação Hidrodinâmica de uma maré de quadratura em situação de meia maré vazante para a situação atual e futura. Com as

obras projetadas, não há estagnação, mesmo para as correntes mais fracas de vazantes de marés de quadratura.

106

679000 679700 680400 681100 681800 682500 683200 683900

7468400 7469100 7469800 7470500 7471200 7471900 7472600 7473300

UTM

Velocidade (m/s)

0.00

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

0.06

0.07

0.08

0.09

0.10

0.11

0.12

0.13

0.14

0.15

0.16

0.18

0.20

0.25

0.30

Tromspowsky

Ponte Brigadeiro

Ponte Oswaldo Cruz

Alça da Linha Amarela

Linha Vermelha

Ponte da

679000 679700 680400 681100 681800 682500 683200 683900

7468400 7469100 7469800 7470500 7471200 7471900 7472600 7473300

UTM

Velocidade (m/s)

0.00

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

0.06

0.07

0.08

0.09

0.10

0.11

0.12

0.13

0.14

0.15

0.16

0.18

0.20

0.25

0.30

Figura 43. Padrão de velocidades de corrente médias durante vazantes de maré de quadratura para a situação atual e futura. Representa o escoamento

médio da circulação hidrodinâmica ao longo do período de vazante, que dura cerca de 6 horas.

107

As principais análises que podem ser obtidas com relação à Figura 36 a Figura 43 são:

 Para a situação atual, destaca-se em todos os instantes, uma zona de estagnação com

maior predominância na região entre as pontes Brigadeiro Trmpowsky e Oswaldo

Cruz, sendo uma região com tendência a assoreamento. Pela defasagem das corren-

tes internas perante as externas, há convergência de correntes nas situações de en-

chente e divergência de correntes nas situações de vazante;

 Para a situação futura percebe-se que as correntes possuem sempre uma única dire-

ção, conseguindo eliminar os pontos de convergência/ divergência de correntes e

pontos de estagnação ao longo do canal, mesmo nas marés de quadratura;

 Para a situação futura as velocidades atingem valores próximos a 0,30m/s na en-

chente e 0,25m/s na vazante, enquanto que na situação atual os valores de correntes

atingem em alguns pontos apenas 0,20m/s, com valores médios de 0,10m/s na en-

chente e 0,10 m/s na vazante.

 Percebe-se uma redução do módulo das intensidades da corrente na situação futura

em marés de quadratura, pelo aumento da seção transversal do canal com a draga-

gem, fazendo com que a pressão da água na embocadura seja ligeiramente inferior à

pressão na situação atual.

As figuras a seguir apresentam as séries temporais de elevação na entrada sul do Canal do

Fundão e na seção próxima ao meio do canal, entre as Pontes Brigadeiro Trompowsky e

Oswaldo Cruz. Percebe-se que na situação atual, as marés no meio do canal, entre pontes,

bem como na entrada sul do canal possuem amplitudes amortecidas. Entretanto, para a situ-

ação do canal dragado, as marés no canal atingirão amplitudes semelhantes às da região

próxima à fronteira aberta, tanto na enchente quanto na vazante.

108

Níveis de Maré - Situação Atual

Elev.: Mar Aberto

Elev.: Entrada Canal do Fundao - Sul

Elev.: Entre- Pontes no Canal do Fundao

0 24 48 72 96 120 144 168 192 216 240 264 288 312 336 360 384

Tempo (h)

-0.8

-0.4

0.4

0.8

Elevação(m)

Figura 44. Séries temporais de elevações de maré no mar aberto, entrada sul do Canal do Fundão e

região entre as pontes Oswaldo Cruz e Brigadeiro Trompowsky para a situação atual durante os pri-

meiros 15 dias de simulação.

Níveis de Maré - Situação Futura

Elev.: Mar Aberto

Elev.: Entrada Canal do Fundao - Sul

Elev.: Entre- Pontes no Canal do Fundao

0 24 48 72 96 120 144 168 192 216 240 264 288 312 336 360 384

Tempo (h)

-0.8

-0.4

0.4

0.8

Elevação(m)

Figura 45. Séries temporais de elevações de maré no mar aberto, entrada sul do Canal do Fundão e

região entre as pontes Oswaldo Cruz e Brigadeiro Trompowsky para a situação futura durante os pri-

meiros 15 dias de simulação.

109

Série Temporal do Módulo da Tensão no Fundo

Situação Atual

0 200 400 600 800

Tempo (h)

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

Módulo Tensão Fundo (N/m²)

Gráfico 5. Séries Temporais do módulo da tensão no fundo retratando a situação atual, na seção no

meio do canal, entre a Ponte Brigadeiro Trompowsky e a Ponte Oswaldo Cruz.

0 200 400 600 800

Tempo (h)

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

Módulo Tensão Fundo (N/m²)

Série Temporal do Módulo da Tensão no Fundo

Situação Futura

Gráfico 6. Séries Temporais do módulo da tensão no fundo retratando a situação futura, na seção no

meio do canal, entre a Ponte Brigadeiro Trompowsky e a Ponte Oswaldo Cruz.

110

O Gráfico 5 apresentado para a situação atual reafirma os levantamentos realizados pela

Interdraga, quanto à distribuição granulométrica do Canal do Fundão e do Cunha, contidos

na Figura 46. Na figura, é possuir constatar que os canais apresentam concentrações médias

superiores a 70% de sedimentos finos. Este levantamento considerou 17 pontos de amos-

tragem ao longo do Canal do Fundão e 2 pontos no Canal do Cunha, próximos da zona de

confluência dos dois canais. Percebe-se, durante todo o período de simulação, o módulo da

tensão no fundo não ultrapassa o valor de 0,05N/m², sendo este indicado como a tensão

característica de mobilidade de sedimentos finos.

Através do Gráfico 5 e do Gráfico 6, constata-se um incremento do módulo da tensão no

fundo do Canal do Fundão. Isto representa uma redução do potencial de assoreamento ao

longo do canal, já que a tensão crítica de mobilidade do sedimento é dependente da tensão

no fundo. Esta variável é responsável pela avaliação de aspectos de deriva de sedimentos e

tendência de assoreamento e erosão. O item 4.6 detalhará estes aspectos, através dos resul-

tados do modelo lagrangeano no estudo da deriva de sedimentos lamosos não consolidados.

Figura 46. Distribuição Granulométrica dos sedimentos do Canal do Fundão e Cunha

FONTE: CH SERVIÇOS AMBIENTAIS, 2008.

111

679000 679700 680400 681100 681800 682500 683200 683900

7468400 7469100 7469800 7470500 7471200 7471900 7472600 7473300

UTM

0.00

0.05

0.10

0.15

0.20

0.25

0.30

0.35

0.40

0.45

0.50

0.55

0.60

0.65

0.70

0.75

0.80

0.85

0.90

0.95

1.00

Tensão no Fundo

(N/m²)

679000 679700 680400 681100 681800 682500 683200 683900

7468400 7469100 7469800 7470500 7471200 7471900 7472600 7473300

UTM

0.00

0.05

0.10

0.15

0.20

0.25

0.30

0.35

0.40

0.45

0.50

0.55

0.60

0.65

0.70

0.75

0.80

0.85

0.90

0.95

1.00

Tensão no Fundo

(N/m²)

Figura 47. Isolinhas das tensões no fundo para uma situação típica de meia maré enchente de sizígia para a situação atual e futura respectivamente.

Estima-se que a tensão necessária para mobilizar lama fluida recém lançada no canal seja da ordem de 0,05 N/m². Portanto, a região ao

norte da Ponte Brigadeiro Tromsposwky há tendência de deposição de sedimentos lamosos. Percebe-se um incremento no modelo da

tensão no fundo ao longo do canal para valores superiores a 0,10N/m². Portanto, verifica-se uma redução da tendência de assoreamento

por sedimentos lamosos não consolidados ao longo do canal.

112

679000 679700 680400 681100 681800 682500 683200 683900

7468400 7469100 7469800 7470500 7471200 7471900 7472600 7473300

UTM

0.00

0.05

0.10

0.15

0.20

0.25

0.30

0.35

0.40

0.45

0.50

0.55

0.60

0.65

0.70

0.75

0.80

0.85

0.90

0.95

1.00

Tensão no Fundo

(N/m²)

679000 679700 680400 681100 681800 682500 683200 683900

7468400 7469100 7469800 7470500 7471200 7471900 7472600 7473300

UTM

0.00

0.05

0.10

0.15

0.20

0.25

0.30

0.35

0.40

0.45

0.50

0.55

0.60

0.65

0.70

0.75

0.80

0.85

0.90

0.95

1.00

Tensão no Fundo

(N/m²)

Figura 48. Isolinhas das tensões no fundo para uma situação típica de meia maré vazante de sizígia para a situação atual e futura respectivamente.

Como ocorre na situação de meia maré enchente, a região próxima à Ponte Brigadeiro Tromspowsky possui tendência de deposição de

sedimentos lamosos, por apresentar valores inferiores a 0,05N/m². Observa-se um incremento do módulo da tensão no fundo ao longo

de todo o canal, em especial na região ao norte da Ponte Oswaldo Cruz, garantindo a mobilização dos sedimentos lamosos na região

entre as pontes Brigadeiro Tromposwky e Oswaldo Cruz.

113

4.6. Estimativa da deriva de sedimentos lamosos não consolidados

Este estudo investigou os efeitos da dragagem sobre a deriva de sedimentos lamosos não

consolidados ao longo do Canal do Fundão. Este representa uma simplificação do compor-

tamento real de deriva de sedimentos, considerando apenas a fração fina dos sedimentos

que estão suspensos na coluna d’água. Para tanto, simulou-se durante dez dias a tendência

de deriva destes sedimentos ao longo da região de estudo na situação atual e nasituação

projetada.

A Figura 49 ilustra a condição inicial suposta nas simulações. Toda região do Canal do

Fundão e parte do Canal do Cunha foram consideradas contribuindo com sedimentos no

estudo. As regiões foram cobertas por partículas com características semelhantes às de se-

dimento fino não consolidado, i.e., lama fluida com tensão crítica de mobilidade

= 0,05

N/m².

679000 679700 680400 681100 681800 682500 683200 683900

7468400 7469100 7469800 7470500 7471200 7471900 7472600 7473300

UTM

Figura 49. Condição inicial para avaliação de deriva de sedimentos finos não consolidados: o Canal do

Fundão e parte do Canal do Cunha foram preenchidos com marcadores com comportamento seme-

lhante à de lama fluida composta por sedimentos finos.

114

Na modelagem realizada, o transporte de sedimentos devido às correntes é condicionado

pela tensão de fundo. Em cada instante, se no local em que a partícula estiver, a tensão no

fundo exercida pelo escoamento (

) for menor que o fator τ

(1 – a), o modelo considera

que as partículas sedimentam se estiverem sendo transportadas ou permanecem em repou-

so, pois o escoamento não tem capacidade de transporte. Contrariamente, enquanto ocorrer

> τ

(1 + a), o modelo considera que o escoamento tem capacidade de transporte e as

partículas são transportadas. Na situação intermediária ocorre o processo probabilístico

descrito a seguir.

Se (

/τ

– 1 + a) < (2a × A[0,1]) cessa o transporte. A[0,1] é um número aleatório entre 0 e

1, gerado a cada passo de tempo para cada partícula. Com um valor de

a diferente de zero

simula-se a incerteza que existe na determinação de

. Por exemplo, se τ

for estimado

através da curva do parâmetro de Shields, o valor de

a representa a nuvem de dados expe-

rimentais para os quais a curva de Shields se ajusta.

Repare que se

/τ

= 1, a probabilidade de transporte é de 50%. À medida que τ

/τ

aproxima de (1 –

a) a probabilidade de sedimentação aumenta, e à medida que τ

/τ

aproxima de (1 +

a) a probabilidade de transporte aumenta. Na simulação realizada são

considerados efeitos de ressuspensão.

A seguir apresenta uma sequência de mapas comparando as tendências de deriva após 1, 3,

6, 8 dias para o cenário atual apresentado na Figura 50 e cenário projetado na Figura 51.

115

4.6.1. Cenário Atual

679000 679700 680400 681100 681800 682500 683200 683900

7468400 7469100 7469800 7470500 7471200 7471900 7472600 7473300

UTM

679000 679700 680400 681100 681800 682500 683200 683900

7468400 7469100 7469800 7470500 7471200 7471900 7472600 7473300

UTM

679000 679700 680400 681100 681800 682500 683200 683900

7468400 7469100 7469800 7470500 7471200 7471900 7472600 7473300

UTM

679000 679700 680400 681100 681800 682500 683200 683900

7468400 7469100 7469800 7470500 7471200 7471900 7472600 7473300

UTM

Figura 50. Situação de 1, 3, 6 e 8 dias após o lançamento das partículas, respectivamente na situação

atual. Destaca-se que a circulação hidrodinâmica existente no Canal não é capaz de promover a disper-

são dos sedimentos lamosos não consolidados ao longo da simulação.

Verifica-se na Figura 50 que a circulação hidrodinâmica existente no Canal do Fundão não

garante uma dispersão dos sedimentos lamosos não consolidados mesmo após 8 dias de

simulação. Este comportamento explica em parte o atual estágio de assoreamento encontra-

do no mesmo.

116

4.6.2. Cenário Projetado

679000 679700 680400 681100 681800 682500 683200 683900

7468400 7469100 7469800 7470500 7471200 7471900 7472600 7473300

679000 679700 680400 681100 681800 682500 683200 683900

7468400 7469100 7469800 7470500 7471200 7471900 7472600 7473300

UTM

679000 679700 680400 681100 681800 682500 683200 683900

7468400 7469100 7469800 7470500 7471200 7471900 7472600 7473300

UTM

679000 679700 680400 681100 681800 682500 683200 683900

7468400 7469100 7469800 7470500 7471200 7471900 7472600 7473300

UTM

Figura 51. Situação de 1, 3, 6 e 8 dias após o lançamento das partículas, respectivamente. Destaca-se

que a circulação hidrodinâmica no Canal é capaz de promover a dispersão dos sedimentos lamosos não

consolidados.

A partir do oitavo dia não há mais indícios de partículas em toda a região de interesse, sen-

do disperso pelo domínio global da Baía de Guanabara. Note que logo após o sexto dia há

uma dispersão significativa dos sedimentos. Assim, atesta-se que a dragagem do Canal do

Fundão favorece significativamente a deriva de sedimentos lamosos não consolidados,

permitindo uma dispersão dos sedimentos finos ao longo do Canal do Fundão.

117

5. Estudo da Qualidade da Água

Conforme apresentado no item 3.3, no estudo da qualidade da água são utilizados os dados

hidrodinâmicos e simulados os parâmetros como passivos, sendo seu comportamento com-

pletamente dependente dos resultados obtidos no modelo hidrodinâmico. Os itens a seguir

descrevem as informações consideradas no modelo OD e DBO do SisBaHiA

5.1. Cenários de Simulação

Foram utilizados os cenários descritos no item 4.1. para o modelo de OD e DBO.

5.2. Dados de Implementação do Modelo

Os dados de qualidade de água utilizados no modelo foram fornecidos pela FEEMA que

realiza um monitoramento periódico em 15 Estações dentro da Baía de Guanabara e 39

Estações ao longo da Bacia da Baía de Guanabara, conforme Figura 52. Para o estudo, fo-

ram utilizadas séries temporais de dados de 2000 a 2005. Utilizou-se o valor mediano da

série amostral para cada estação utilizada. Tal escolha é detalhada a seguir. A Tabela 22

apresenta os valores estatísticos que caracterizam a série de dados para cada afluente da

Baía de Guanabara utilizado, bem como a estação utilizada.

Os dados das Estações dentro da Baía de Guanabara foram utilizados para calibração, além

de inseridos como condições iniciais do modelo.

118

670000 675000 680000 685000 690000 695000 700000 705000 710000

0000 74

000 7460000 746

000 7470000 747

000 7480000 748

000 7490000 749

000

GN306

GN111

GN064

GN047

GN043

GN042

GN040

GN026

GN025

GN022

GN020

GN000

GN048

GN050

GN093

SP305

SR500

SJ220

RN560

MG580

IR540

IJ200

IB810

IA261

IA260

ES400

CN100

CC622

GP600

GP601

GX720

IA262

Ilha do Governador

Rio Estrela

Rio Suruí

Rio Iriri

Rio Roncador

Canal de Magé

Rio Guapimirim

Rio Cacerebú

Rio Guaxindiba

Rio Imboassú

Figura 52. Estações de Monitoramento da FEEMA utilizadas no modelo de qualidade de água. As esta-

ções em azul correspondem as monitoradas ao longo da Bacia da Baía de Guanabara e utilizadas como

dados de entrada para os afluentes. As estações em vermelho correspondem aos dados utilizados como

condições iniciais e utilizadas para calibração e validação do modelo.

119

Tabela 22. Caracterização estatística da série de dados utilizados para os afluentes da Baía de Guana-

bara.

Concentração de parâmetros

ambientais em [mg O

/L]

Afluentes Baía de

Guanabara

Estação de

Monitoramento

FEEMA

Tratamento

Estatístico

dos Dados

OD DBO

Média 0,2 30

Mediana 0,1 30

Moda 0,1 30

Máximo 3,4 60

Canal do Cunha CN100

Mínimo 0,1 2

Média 0,2 42

Mediana 0,1 30

Moda 0,1 30

Máximo 1,8 240

Rio Irajá IJ200

Mínimo 0,1 10

Média 0,2 36

Mediana 0,1 30

Moda 0,1 20

Máximo 1,2 200

Rio São João de Meriti SJ220

Mínimo 0,1 10

Média 0,5 30

Mediana 0,1 22

Moda 0,1 20

Máximo 3,4 80

Rio Sarapuí SP305

Mínimo 0,1 4

Média 0,3 15

Mediana 0,1 13

Moda 0,1 20

Máximo 2,2 40

Rio Iguaçu IA261

Mínimo 0,1 4

Média 1,6 5

Mediana 1,2 4

Moda 1,0 2

Máximo 6,6 10

Rio Estrela ES400

Mínimo 0,1 2

Média 4,6 4

Mediana 5,0 2

Moda 5,4 2

Máximo 6,8 16

Rio Suruí SR500

Mínimo 0,1 2

Média 1,8 7

Mediana 1,5 4

Moda 0,1 2

Máximo 5,8 20

Rio Iriri IR540

Mínimo 0,1 2

120

Concentração de parâmetros

ambientais em [mg O

/L]

Afluentes Baía de

Guanabara

Estação de

Monitoramento

FEEMA

Tratamento

Estatístico

dos Dados

OD DBO

Média 5,6 4

Mediana 6,2 2

Moda 6,8 2

Máximo 8,4 48

Rio Roncador RN560

Mínimo 0,1 2

Média 0,7 17

Mediana 0,3 14

Moda 0,1 20

Máximo 5,6 40

Canal de Magé MG580

Mínimo 0,1 2

Média 4,1 5

Mediana 4,0 2

Moda 4,0 2

Máximo 7,6 50

Rio Guapimirim GP600

Mínimo 0,1 2

Média 3,7 4

Mediana 3,1 2

Moda 1,2 2

Máximo 7,4 20

Rio Cacerebu CC622

Mínimo 1,0 2

Média 1,1 15

Mediana 1,0 10

Moda 0,1 10

Máximo 3,0 60

Rio Guaxindiba GX720

Mínimo 0,1 2

Média 1,1 30

Mediana 0,4 30

Moda 0,1 30

Máximo 6,4 90

Rio Imboassú IB810

Mínimo 0,1 4

FONTE: Dados fornecidos pela FEEMA (2000-2005).

Ao analisar a série, discorre-se que quase todos afluentes da Baía de Guanabara estão em

forte grau de poluição, com valores de OD bem abaixo do valor limite estabelecido para

Águas Doces- Classe 1 pela Resolução CONAMA 357/05, que define que em qualquer

amostra a concentração de oxigênio dissolvido não pode ser inferior 6mg/L. As exceções

são o rio Suruí e Roncador. Entretanto tais rios não apresentam as vazões mais significati-

vas de aporte na baía, com 1,3m³/s e 2,5m³/s respectivamente. Os principais rios em termos

121

de vazões são os rios Guapimirim, Cacerebu e Iguaçu, com vazões estimadas de 29m³/s,

18m³/s e 13 m³/s, conforme descritos na Tabela 19. Assim, com seu estágio de poluição,

contribui significativamente para o padrão de poluição existente na parte nordeste da baía.

Sob o aspecto do parâmetro DBO tem-se que as maiores contribuições de poluição são pro-

venientes dos rios São João de Meriti e Irajá, apresentando valores respectivamente de até

70 e 80 vezes superiores ao valor limite da Resolução CONAMA 357/05 (3mg/L). Torna-se

pertinente salientar que tais rios estão localizados ao norte do Canal do Fundão e em marés

vazantes influenciam a parte mais ao norte do canal. Com a obra de dragagem pode-se infe-

rir que sua influência se dará ao longo de todo canal.

O Canal do Cunha, afluente direto do Canal do Fundão, e que também passará por draga-

gem em parte de sua extensão, apresenta alto estágio de poluição e, portanto, influenciando

também significativamente na qualidade da água do canal.

5.3. Condições de Contorno e Condições Iniciais

Pela caracterização estatística dos dados apresentada na Tabela 22, verifica-se que o valor

mediano representa de maneira satisfatória a série de dados para um estudo qualitativo, já

que em quase todos os afluentes este valor coincide ou fica bem próximo da média e da

moda dos dados. Apesar de a série apresentar extremos significativos e bem dispersos da

série, pode-se concluir que a grande parte dos dados está contemplada pelo valor mediano.

Isto pode ser comprovado no Gráfico 7 e no Gráfico 8 onde tal série é retratada com uma

melhor visualização pelo gráfico Box & Whisker, para as estações mais próximas à região

de interesse. A Tabela 23 mostra os dados utilizados como condição de afluxo no domínio

de modelagem.

Como não há monitoramento nos pontos de macro drenagem ao longo do canal, os valores

foram estimados a partir de VON SPERLING (2005). Segundo o autor, a concentração de

OD e DBO em esgotos domésticos seria 0mg/l e na faixa de 200-300mg/L, respectivamen-

te. Utilizou-se o valor médio de 80mg/L, considerando uma diluição prévia pelas águas

servidas de chuveiros e pias.

122

Este valor impacta no comportamento dos parâmetros monitorados na Estação GN050 pró-

xima aos canais. Deste modo, foi possível uma prévia calibração através do comportamento

esperado neste ponto. Para o cenário futuro com o cinturão, retira-se toda a contribuição

destes canais, considerando a implantação do cinturão de contenção dos efluentes, confor-

me item 4.1.3.

A condição inicial do modelo é importante para a eficiência computacional, já que ao esta-

belecer padrões consistentes e condizentes com os dados observados para os diversos pa-

râmetros, permite que o modelo entre em regime mais rapidamente. Também é fundamental

para os parâmetros que não são simulados no modelo, mas influenciam no comportamento

dos demais. No modelo de OD e DBO, as concentrações destes parâmetros são influencia-

das diretamente pelas concentrações de amônia, nitrato e biomassa presentes no meio. Estas

informações são estabelecidas no modelo através das condições iniciais. A temperatura do

meio também interfere nas reações cinéticas do modelo. Para isto, foram utilizados os valo-

res medianos das 13 estações de monitoramento dentro da Baía de Guanabara e feita uma

interpolação para os demais nós do domínio. A Figura 53 apresenta um exemplo de condi-

ção inicial estabelecida no modelo.

Tabela 23. Valores dos parâmetros ambientais em [mg/L] utilizados como condições de contorno para

os afluentes da Baía de Guanabara.

Concentração de parâmetros ambientais em [mg/L]

Afluentes

Baía de Guanabara

OD DBO

Canal do Cunha 0,1 30,0

Rio Irajá 0,1 30,0

Rio São João de Meriti 0,1 30,0

Rio Sarapuí 0,1 20,0

Rio Iguaçu 5,4 13,0

Rio Estrela 1,3 4,0

Rio Suruí 1,6 4,0

Rio Iriri 1,6 4,0

Rio Roncador 6,2 2,0

Canal de Magé 0,2 16,0

Rio Guapimirim 4,0 2,0

Rio Cacerebu 3,0 2,6

Rio Guaxindiba 1,0 10,0

Rio Imboassú 0,5 30,0

123

Figura 53. Exemplos de condições Iniciais prescritas no modelo de qualidade de água para os parâmetros sal em [‰] e amônia em [mg/L], respectiva-

mente.

670000 675000 680000 685000 690000 695000 700000 705000

7450000 7455000 7460000 7465000 7470000 7475000 7480000 7485000 7490000 7495000

Rio Estrela

Ilha do Governador

Canal do Fundão

Rio Suruí

Rio Iriri

Rio Roncador

Canal de Magé

Rio Guapimirim

Rio Cacerebú

Rio Guaxindiba

Rio Imboassú

Sal [‰]

670000 675000 680000 685000 690000 695000 700000 705000

7450000 7455000 7460000 7465000 7470000 7475000 7480000 7485000 7490000 7495000

Rio Estrela

Ilha do Governador

Canal do Fundão

Rio Suruí

Rio Iriri

Rio Roncador

Canal de Magé

Rio Guapimirim

Rio Cacerebú

Rio Guaxindiba

Rio Imboassú

Amônia [mg/L]

124

5.4. Calibração do Modelo

A dificuldade em calibrar o modelo de qualidade de água se dá em função da inferência de

diversos parâmetros físicos, químicos e biológicos da região. Conforme SAMPAIO (2003),

o afluxo de água doce na Baía de Guanabara não é suficiente para modificar o padrão de

circulação hidrodinâmica pelo fato da razão entre o deflúvio fluvial e o prisma de maré para

um período de 24 horas ser inferior a 5%. No entanto, a acurácia da determinação da vazão

dos afluentes da baía é possui fundamental importância para o estudo da dispersão de polu-

entes.

Assim, o modelo adotado incorre em imprecisões acumulativas, já que as vazões dos aflu-

entes foram estimadas pelo Método Racional, as vazões dos canais de macro drenagem

estimadas pelo método da Área Edificada e os parâmetros estabelecidos nestes canais infe-

ridos pela literatura corrente. Outra dificuldade deste modelo consiste na infinidade de pa-

râmetros empíricos das reações cinéticas. Portanto, o modelo foi ajustado para uma situação

considerada satisfatória considerando um estudo qualitativo dos resultados, com uma análi-

se comparativa em termos percentuais entre os cenários.

O Gráfico 7 e o Gráfico 8 apresentam um comparativo entre a série de dados, do período de

2000 a 2005, fornecida pela FEEMA para as três estações de monitoramento próximas ao

Canal do Fundão, em forma de gráfico de

Box & Whisker, e os resultados obtidos durante

os 90 dias de simulação.

125

Gráfico de Box & Whisker

0.0

2.0

4.0

6.0

8.0

10.0

12.0

14.0

16.0

18.0

20.0

22.0

24.0

GN022 GN043 GN050

OD [m

/L]

GN022

GN043

GN050

0 2000000 4000000 6000000 8000000

Tempo (s)

OD [mg/L]

Situação Atual

Gráfico 7. Comparação entre os dados fornecidos pela FEEMA nas 3 Estações de Monitoramento pró-

ximas ao Canal do Fundão e o resultado obtido pelo modelo de qualidade de água do SisBaHiA

para

OD em [mg/L].

Gráfico de Box & Whisker

0.0

5.0

10.0

15.0

20.0

25.0

30.0

35.0

40.0

45.0

50.0

55.0

60.0

GN022 GN043 GN050

DBO [mg/L]

GN022

GN043

GN050

0 2000000 4000000 6000000 8000000

Tempo (s)

100

120

DBO [mg/L]

Situação Atual

Gráfico 8. Comparação entre os dados fornecidos pela FEEMA nas 3 Estações de Monitoramento pró-

ximas ao Canal do Fundão e o resultado obtido pelo modelo de qualidade de água do SisBaHiA® para

DBO em [mg/L].

Através do Gráfico 7 e do Gráfico 8, é possível verificar que o modelo não é capaz de re-

presentar completamente toda a série de dados de cada Estação de Monitoramento, ficando

com valores próximos aos valores medianos de cada série. Isto pode ser explicado pelo fato

das imprecisões acumulativas impostas nas condições de contorno deste modelo e pela es-

126

colha de utilizar apenas os próprios valores medianos da série. A escolha de inserir um va-

lor único para cada parâmetro no modelo provém do fato da série obtida não ser homogê-

nea, com espaços temporais de monitoramento distintos entre cada estação ao longo dos

cinco anos de dados. Segundo VON SPERLING (2005), é perfeitamente aceitável trabalhar

com valores medianos de série de parâmetros ambientais e, mesmo sem representar com-

pletamente a série já é possível obter dados interessantes e condizentes com o objetivo pro-

posto deste estudo que é avaliar a eficiência do projeto quanto à melhoria da qualidade da

água.

A série dos dados apresenta uma grande variação dos valores destes parâmetros, em especi-

al de OD. Pode-se inferir que a alta concentração de oxigênio dissolvido está relacionada a

processos de eutrofização. Conforme apresentado no item 3.3.2.1, o oxigênio dissolvido é

um parâmetro que apresenta valores de saturação em ecossistemas aquáticos próximos a

8mg/L em regiões com temperatura aproximada de 25ºC, tais como a região estudada. Por-

tanto, valores de OD acima deste indica uma forte influência do crescimento de fitoplânc-

ton no meio. Os dados da FEEMA para clorofila-a na Baía de Guanabara confirmam esta

inferência. Segundo a Resolução CONAMA 357/05, não há valor limite de concentração de

clorofila-a para águas salobras. Entretanto, o valor máximo de clorofila-a nos diversos cor-

pos d’águas é 60µg/L. A FEEMA não monitora este parâmetros nos pontos da bacia da baía

da Guanabara, mas apenas em algumas estações dentro da baía. A Tabela a seguir mostra

que as estações monitoradas em que a concentração de clorofila-a supera este valor, estão

localizadas na porção oeste da baía, e próximas ao Canal do Fundão.

127

Tabela 24. Dados de clorofila-a em [µg/L] para algumas Estações de Monitoramento da FEEMA na

Baía de Guanabara.

Estação Estatística Clorofila-a Estação Estatística Clorofila-a

Média

106.970000

Média 34.561429

Mediana 82.420000 Mediana 35.640000

Máximo 279.960000 Máximo 58.470000

GN020

Mínimo 11.460000

GN042

Mínimo 11.370000

Média 99.262857 Média 142.851429

Mediana 79.600000 Mediana 141.130000

Máximo 181.760000 Máximo 257.020000

GN022

Mínimo 42.770000

GN043

Mínimo 28.000000

Média 27.952857 Média 69.904286

Mediana 26.730000 Mediana 46.590000

Máximo 58.150000 Máximo 251.710000

GN026

Mínimo 12.470000

GN064

Mínimo 8.800000

FONTE:Dados fornecidos pela FEEMA (2000-2005).

5.5. Resultados

Neste item serão apresentados os resultados dos parâmetros ambientais OD e DBO simula-

dos, com uma análise comparativa das concentrações dos mesmos para os três cenários

considerados no item 4.1.

5.5.1. Oxigênio Dissolvido

Conforme descrito no item 3.3.2.1, este parâmetro é importante para avaliar uma possível

contaminação do corpo hídrico por efluentes domésticos. Do Gráfico 9 ao Gráfico 15 são

apresentados os comportamentos de OD para as três Estações de Monitoramento da

FEEMA e para os principais pontos ao longo do canal, considerando os três cenários de

simulação propostos.

128

Situação Atual

Situação Futura

Situação Futura com Cinturão

0 2000000 4000000 6000000 8000000

Tempo (s)

OD [mg/L]

Estação GN022

Gráfico 9. Situações atual, futura e futura com cinturão da Estação GN022 da FEEMA, simuladas ao

longo de noventa dias, para as condições de ventos usuais, do parâmetro OD em [mg/L].

Pelo Gráfico 7 é possível avaliar que esta região já apresenta valores satisfatórios de OD

em mais de 75% da série já na situação atual e, portanto, não apresenta forte influência do

grau de poluição existente no canal e dos rios adjacentes. Ainda assim, através do Gráfico

9, verifica-se que com o projeto de dragagem e com a implantação do cinturão de conten-

ção ao longo canal há uma melhoria na concentração de oxigênio dissolvido. Este valor não

deve ser avaliado em termos quantitativos já que o estudo não representa o comportamento

real destes parâmetros. Porém numa avaliação percentual é pertinente elucidar um ganho na

qualidade da água, estimando em um ganho aproximado de 15%.

129

Situação Atual

Situação Futura

Situação Futura com Cinturão

0 2000000 4000000 6000000 8000000

Tempo (s)

OD [mg/L]

Estação GN043

Gráfico 10. Situações atual, futura e futura com cinturão da Estação GN043 da FEEMA, simuladas ao

longo de noventa dias, para as condições de ventos usuais, do parâmetro OD em [mg/L].

A situação atual descrita pelo modelo apresenta um valor ligeiramente superior (6,0mg/L)

ao valor observado da mediana da série de dados (4,2mg/L). Mesmo desta forma, o modelo

foi capaz de representar uma melhoria nos parâmetros de qualidade de água para os cená-

rios projetados. Portanto, verifica-se que mesmo a região desta estação de monitoramento

não fazendo parte do Canal do Fundão, infere-se uma influência dos aportes de poluentes

do Canal do Fundão no comportamento da qualidade da água neste ponto.

130

Situação Atual

Situação Futura

Situação Futura com Cinturão

0 2000000 4000000 6000000 8000000

Tempo (s)

OD [mg/L]

Estação GN050

Gráfico 11. Situações atual, futura e futura com cinturão da Estação GN050 da FEEMA, simuladas ao

longo de noventa dias, para as condições de ventos usuais, do parâmetro OD em [mg/L].

Esta estação apresenta o comportamento completamente dependente das intervenções do

projeto. Com o projeto de dragagem, percebe-se um aumento da concentração de oxigênio

dissolvido no meio. Entretanto, devido aos pontos de lançamento de esgoto

in natura no

canal, verifica-se uma variação significativa deste parâmetro com a maré, indicando que há

a renovação da água, porém com o lançamento contínuo de esgotos domésticos, este lan-

çamento impacta a concentração de OD no corpo hídrico. Na situação projetada com o cin-

turão, verifica-se um aumento da concentração de oxigênio dissolvido sem esta variação

significativa com a maré, representando que não há contribuições representativas de polui-

ção no canal.

131

Situação Atual

Situação Futura

Situação Futura com Cinturão

0 2000000 4000000 6000000 8000000

Tempo (s)

OD [mg/L]

Entre Pontes Canal do Fundão

Gráfico 12. Situações atual, futura e futura com cinturão da região entre as pontes no Canal do Fun-

dão, simuladas ao longo de noventa dias, para as condições de ventos usuais, do parâmetro OD em

[mg/L].

Esta seção localiza-se próxima ao meio do canal e sofre influência direta dos pontos de

macrodrenagem do Complexo da Maré. Assim, mesmo com a obra de dragagem, não é

possível reverter a baixa concentração de oxigênio dissolvido presente no meio e a concen-

tração de OD é semelhante à atual. Somente com a implantação do cinturão percebe-se um

incremento do OD muito significativo.

132

Situação Atual

Situação Futura

Situação Futura com Cinturão

0 2000000 4000000 6000000 8000000

Tempo (s)

OD [mg/L]

Confluência Canais do Fundão e Cunha

Gráfico 13. Situações atual, futura e futura com cinturão na região de confluência dos canais do Fun-

dão e do Cunha, simuladas ao longo de noventa dias, para as condições de ventos usuais, do parâmetro

OD em [mg/L].

O gráfico atesta o comportamento esperado para esta região, já que este ponto apresenta

influência direta tanto do Canal do Cunha, bastante degradado, quanto da ETE Alegria e

parte dos canais de macro drenagem. Assim, a concentração de OD nesta região, mesmo

com o projeto de dragagem e a contenção dos efluentes, apresenta uma maior faixa de vari-

ação deste parâmetro com a maré, atingindo valores inferiores ao estabelecido na Resolu-

ção CONAMA 357/05 (5mg/L). Entretanto, na maior parte do tempo, a concentração de

OD fica dentro dos valores aceitáveis pela legislação ambiental.

133

Situação Atual

Situação Futura

Situação Futura com Cinturão

0 2000000 4000000 6000000 8000000

Tempo (s)

OD [mg/L]

Ponte Brigadeiro Trompowsky

Gráfico 14. Situações atual, futura e futura com cinturão na região próxima à Ponte Brigadeiro Trom-

powsky, simuladas ao longo de noventa dias, para as condições de ventos usuais, do parâmetro OD em

[mg/L].

O comportamento deste gráfico é análogo ao gráfico da seção entre pontes no Canal do

Fundão. Assim, percebe-se que esta região apresenta também uma significativa dependên-

cia da contribuição de efluentes domésticos do Complexo da Maré. Conforme já discutido

acima, a melhoria deste parâmetro só se dará ao cessar estas contribuições, com o cinturão

de contenção.

134

Situação Atual

Situação Futura

Situação Futura com Cinturão

0 2000000 4000000 6000000 8000000

Tempo (s)

OD [mg/L]

Ponte Oswaldo Cruz

Gráfico 15. Situações atual, futura e futura com cinturão na região próxima à Oswaldo Cruz, simula-

das ao longo de noventa dias, para as condições de ventos usuais, do parâmetro OD em [mg/L].

Com comportamento análogo ao obtido no ponto localizado na confluência dos canais, per-

cebe-se que a influência do Canal do Cunha e da ETE Alegria é inferior neste ponto. As-

sim, após a obra de dragagem com o cinturão, os valores de OD apresentam variações den-

tro dos valores estabelecidos pela Resolução CONAMA 357/05.

135

5.5.2. Demanda Bioquímica de Oxigênio

Situação Atual

Situação Futura

Situação Futura com Cinturão

0 2000000 4000000 6000000 8000000

Tempo (s)

DBO [mg/L]

Estação GN022

Gráfico 16. Situações atual, futura e futura com cinturão da Estação GN022 da FEEMA, simuladas ao

longo de noventa dias, para as condições de ventos usuais, do parâmetro DBO em [mg/L].

Destaca-se que apesar da Estação GN022 não estar localizada no Canal do Fundão e não ter

sofrido alterações de batimetria em sua região, sofre grandes influências do comportamento

do Canal do Fundão. Considerando apenas a obra de dragagem, atesta-se que a região já

atende à especificação da Resolução CONAMA 357/05 quanto à concentração de DBO,

que para Águas Salobras - Classe 1 o limite estabelecido é 5mg/L. Em termos percentuais,

com a obra de dragagem há uma melhoria de cerca de 50% perante a situação atual. Anali-

sando o projeto de cinturão de contenção, o ganho de aproximadamente 90%.

136

Situação Atual

Situação Futura

Situação Futura com Cinturão

0 2000000 4000000 6000000 8000000

Tempo (s)

DBO [mg/L]

Estação GN043

Gráfico 17. Situações atual, futura e futura com cinturão da Estação GN043 da FEEMA, simuladas ao

longo de noventa dias, para as condições de ventos usuais, do parâmetro DBO em [mg/L].

Da mesma maneira que a Estação GN022, a Estação GN043 da FEEMA não está localizada

no Canal do Fundão. Entretanto, por estar localizada ao sul do canal, com grande influência

das correntes de vazante, verifica-se que somente a obra de dragagem não é suficiente para

mudar significativamente a concentração de DBO na região. Com o projeto de cinturão de

contenção dos efluentes das comunidades adjacentes é possível verificar uma melhoria e,

pela estimativa, um provável atendimento da concentração deste parâmetro à Resolução

CONAMA 357/05.

137

Situação Atual

Situação Futura

Situação Futura com Cinturão

0 2000000 4000000 6000000 8000000

Tempo (s)

120

DBO [mg/L]

Estação GN050

Gráfico 18. Situações atual, futura e futura com cinturão da Estação GN050 da FEEMA, simuladas ao

longo de noventa dias, para as condições de ventos usuais, do parâmetro DBO em [mg/L].

Esta estação, por estar localizada no Canal do Fundão, apresenta um comportamento com-

pletamente dependente das obras projetadas. Verifica-se que com a obra de dragagem há

uma melhora de aproximadamente 50% na concentração de DBO. Entretanto, tal obra não é

suficiente para reduzir significativamente a concentração deste parâmetro. Isto porque há a

contribuição contínua de efluentes provenientes do Complexo da Maré. Quando considera o

projeto de contenção destes efluentes há uma melhoria na concentração de DBO. Apesar de

todo este ganho, esta região ainda possui DBO superior ao valor previsto na Resolução

CONAMA 357/05. Tal fato pode ser explicado considerando o despejo próximo da ETE

Alegria e a influência do Canal do Cunha, que apresenta um forte grau de poluição. Porém

já atende ao estudo feito em 2003 pela empresa Pacific Consultants International, em asso-

ciação com a Nihon Suido Consultants, conforme apresentado no item 2.3, na Tabela 2, que

afirmava já ser suficiente para eliminar as condições objetáveis do canal, a DBO apresentar

valores inferiores a 10mg/L.

138

Situação Atual

Situação Futura

Situação Futura com Cinturão

0 2000000 4000000 6000000 8000000

Tempo (s)

120

160

200

DBO [mg/L]

Entre Pontes Canal do Fundão

Gráfico 19. Situações atual, futura e futura com cinturão na região entre as pontes no Canal do Fun-

dão, simuladas ao longo de noventa dias, para as condições de ventos usuais, do parâmetro DBO em

[mg/L].

Conforme visto no gráfico de Oxigênio Dissolvido, este ponto sofre influência direta dos

pontos de lançamento de efluentes do Complexo da Maré. Destaca-se que o Gráfico 19

apresenta valores próximos à concentração lançada nestes pontos para a situação atual. Per-

cebe-se uma piora deste parâmetro na situação futura apenas com a obra de dragagem. Pode

ser entendido pelo fato da renovação da água permitir uma maior influência destes pontos,

já que na situação atual com a estagnação hídrica, as águas destes canais não sofriam um

alto poder de mistura e circulação. A melhoria efetiva deste parâmetro só é possível com a

contenção deste lançamento contínuo de dejetos destes canais.

139

Situação Atual

Situação Futura

Situação Futura com Cinturão

0 2000000 4000000 6000000 8000000

Tempo (s)

120

DBO [mg/L]

Confluência Canais do Fundão e Cunha

Gráfico 20. Situações atual, futura e futura com cinturão na região de confluência dos canais do Fun-

dão e do Cunha, simuladas ao longo de noventa dias, para as condições de ventos usuais, do parâmetro

DBO em [mg/L].

Neste gráfico é possível perceber que mesmo com a obra de dragagem e cinturão, não é

possível atender ao valor limite de DBO estabelecido pela Resolução CONAMA 357/05.

Isto porque o Canal do Cunha, afluente da baía, apresenta altos valores de DBO, com con-

centração mediana no modelo de 30mg/L, sendo portanto seis vezes superior ao previsto na

legislação ambiental.

140

Situação Atual

Situação Futura

Situação Futura com Cinturão

0 2000000 4000000 6000000 8000000

Tempo (s)

120

160

200

DBO [mg/L]

Ponte Brigadeiro Trompowsky

Gráfico 21. Situações atual, futura e futura com cinturão na região próxima à Ponte Brigadeiro Trom-

powsky, simuladas ao longo de noventa dias, para as condições de ventos usuais, do parâmetro DBO em

[mg/L].

De maneira análoga ao ponto no meio do canal, entre as pontes, há uma piora significativa

do parâmetro de DBO com a obra de dragagem. Provavelmente, em um longo prazo esta

influência reduzirá, já que as vazões destes pontos são pequenas. Entretanto, a melhoria

efetiva deste parâmetro só será possível com a eliminação dos efluentes domésticos do

Complexo da Maré.

141

Situação Atual

Situação Futura

Situação Futura com Cinturão

0 2000000 4000000 6000000 8000000

Tempo (s)

120

160

200

DBO [mg/L]

Ponte Oswaldo Cruz

Gráfico 22. Situações atual, futura e futura com cinturão na região próxima à Pontes Oswaldo Cruz,

simuladas ao longo de noventa dias, para as condições de ventos usuais, do parâmetro DBO em [mg/L].

Confirmando os resultados obtidos acima, também há uma ligeira piora deste parâmetro ao

realizar a dragagem e uma melhora significativa ao estabelecer o cinturão de contenção. Por

fim, percebe-se que mesmo com todo projeto, a concentração de DBO não ficará abaixo do

valor limite da Resolução CONAMA 357/05, pelo fato do Canal do Cunha está em forte

estágio de poluição e contribuir maciçamente para a poluição no Canal do Fundão.

142

6. Conclusões e Recomendações Futuras

Com este estudo foi possível realizar uma análise das principais etapas da obra de revitali-

zação do Canal do Fundão, em cenários de ventos usuais, abordando os aspectos principais

para os objetivos propostos deste projeto. O projeto de revitalização objetiva fundamental-

mente a melhoria dos aspectos hidrodinâmicos e da qualidade da água existentes no canal e

uma garantia de que a obra apresente vida útil compatível com o investimento do projeto.

Pelo estudo hidrodinâmico do Canal do Fundão, atesta-se uma eficiência da obra de draga-

gem no que tange aos aspectos de remoção dos pontos de convergência e divergência de

correntes, eliminando as zonas de estagnação. Isto se deve basicamente ao incremento do

módulo das velocidades, garantindo que não ocorra uma defasagem da velocidade das cor-

rentes dentro e fora do canal. Os gráficos das elipses de correntes apresentados no item 4.5,

em pontos dentro e fora do canal, elucidam que após a dragagem do canal as correntes de

marés máximas ao longo do canal são superiores às correntes máximas nos pontos adjacen-

tes ao mesmo, garantindo um fluxo contínuo tanto na enchente quanto na vazante.

Com os mapas de isolinhas de velocidade das correntes foi possível confirmar as conclu-

sões obtidas pelas elipses e destacando que para os principais instantes de marés típicas

tanto de sizígia quanto de quadratura, as correntes correm para um único sentido.

Ainda no estudo hidrodinâmico foi possível determinar um incremento do módulo da ten-

são do fundo, ajudando a entender o comportamento da tendência de deriva de sedimentos

e redução do grau de assoreamento do canal após a obra de dragagem.

No estudo de deriva de sedimentos lamosos não consolidados, pode-se concluir que com a

dragagem há um aumento do módulo da tensão no fundo, gerando uma tendência de maior

mobilidade dos sedimentos lamosos não consolidados no fundo, que são os principais tipos

de sedimentos presentes ao longo deste canal, segundo amostragem realizada pela empresa

143

Interdraga, destacados na Figura 46. Assim, é possível inferir que a obra permitirá uma

redução da tendência de assoreamento do canal.

No estudo de qualidade de água, avaliando apenas o ciclo de OD e DBO foi possível reali-

zar uma análise parcial de cada etapa da obra para a melhoria dos parâmetros de qualidade

de água, com base na Resolução CONAMA 357/05. Apesar de o estudo apresentar incerte-

zas acumulativas nos dados de entrada, foi possível realizar uma análise qualitativa de cada

etapa da obra. Percebe-se uma grande influência da obra de dragagem para os pontos dentro

e adjacentes ao canal.

Verificou-se uma piora a curto prazo do parâmetro de DBO em alguns pontos dentro do

Canal do Fundão. Tal fato foi explicado pela melhoria da circulação hidrodinâmica do

mesmo, promovendo uma mistura maior destas águas em pontos onde anteriormente isto

não ocorria devido à estagnação hídrica existente. Entretanto, infere-se que a longo prazo

haverá uma redução desta influência, já que as vazões destes canais são pequenas se com-

paradas aos valores de vazões dos rios e ao prisma de maré da baía.

Para uma efetiva melhoria da qualidade da água, é necessária a implantação de um cinturão

de contenção ao longo do Canal do Fundão, removendo as contribuições contínuas de apor-

te de efluentes domésticos. Tais contribuições são fundamentais no comportamento de OD

e DBO dentro do canal, gerando uma mudança significativa em todos os pontos estudados.

Pode ser assim entendido pelo fato da melhoria da renovação da água não garantir que a

mesma apresentará os padrões de qualidade esperados. Tal renovação no canal, sem o cin-

turão, será feita em parte com as águas poluídas do próprio canal, fazendo com que a influ-

ência destes pontos seja maior.

Também foi possível avaliar, que mesmo com todas as etapas do projeto, a concentração de

DBO presente no Canal do Fundão supera o valor limite estabelecido pela Resolução

CONAMA 357/05, para Águas Salobras, Classe 1, de 5mg/L. A inferência que se faz é pela

influência das águas poluídas do Canal do Cunha e da ETE Alegria. Entretanto, o projeto já

144

é capaz de promover a eliminação das condições objetáveis existentes no canal e, conse-

quentemente, das regiões adjacentes ao mesmo.

Através de todos os resultados obtidos nesta dissertação, tem-se uma visão otimista do pro-

jeto de revitalização, com forte embasamento de que tal programa atenderá ao objetivo pro-

posto. Entretanto, para garantir a viabilidade da obra no que se refere à taxa de assoreamen-

to, torna-se necessário um estudo posterior à obra, com amostragens ao longo do canal,

atualizando a batimetria.

Como recomendação futura, destaca-se a necessidade de um maciço monitoramento dos

parâmetros de qualidade de água, a fim de tornar possível a calibração dinâmica dos diver-

sos parâmetros empíricos das reações cinéticas do modelo. Ainda para o modelo de quali-

dade de água, verifica-se uma importância na confiabilidade dos dados de afluxos fluviais.

Para a melhoria da qualidade da água da Baía de Guanabara é fundamental a intervenção

nos afluentes da baía, com implantação de saneamento básico, remoção de lixos flutuantes

e fiscalização dos lançamentos clandestinos de indústrias. A baía apresenta alto poder de

depuração, pela influência oceânica na mesma, porém com o lançamento contínuo de des-

pejos domésticos e industriais, esta depuração não é capaz de prover o equilíbrio, tornando-

a altamente eutrofizada.

Por fim, torna-se pertinente salientar que para garantia e continuidade da melhoria das con-

dições ambientais do canal, são necessárias medidas de controle de lançamento de lixos e

esgotos provenientes das comunidades adjacentes. Nem um projeto de gestão ambiental em

corpos hídricos tem seu objetivo atendido sem a colaboração das comunidades do entorno e

um amplo programa de educação ambiental.

145

Referências Bibliográficas

ABBOT, M.B., BASCO, D.R., 1989, Computional Fluid Dynamics, an Introduction for

Engineers.

Logan Group, UK Limited.

AMADOR, E.S., 1997, Baía de Guanabara e Ecossistemas Periféricos – Homem e Nature-

, 1 ed. Rio de Janeiro, Edição do Autor.

ALDAMA, A., 1985, Theory and applications of two- and three-scale filtering approaches

for turbulent flow simulation

, Ph.D.Thesis, Dept. Civil Engineering, Massachusetts

Institute of Technology.

ALMEIDA, J. L. S. S., 1999, Análise da Contaminação dos Sedimentos de Dragagem do

Canal do Fundão

, Dissertação de Mestrado, Programa de Engenharia Civil,

COPPE/UFRJ, Rio de Janeiro, RJ, Brasil.

ALMEIDA, S.R., 2004, Subsídios para o Gerenciamento Ambiental de Projetos de Draga-

gem em Portos

, Dissertação de Mestrado, Programa de Engenharia de Transportes,

Instituto Militar de Engenharia – IME, Rio de Janeiro, RJ, Brasil.

AZEVEDO NETTO, J.M., FERNANDEZ, M.F., ARAUJO, R., et al., 2003, Manual de

Hidráulica,

8 ed., São Paulo, Edgard Blücher Ltda.,

BEDFORD, D., 1994, “Diffusion, dispersion and sub-grid parameterization”, Chapter 4 in

Coastal, Estuarial and Harbour Engineers Reference Book, Ed. by M. B. Abbot and

W. A. Price, E&FN Spon.

BROWN, O.B., EVANS, R.H., BROWN, J.W., et al., 1985, “Phytoplankton blooming of

the U.S.: a satellite description”,

Science, v. 229, n. 4709 (jul), pp. 163-167.

CETESB – Companhia de Tecnologia de Saneamento Ambiental, Disponível em:

www.cetesb.sp.gov.br

, Acesso em: 15 jan. 2008.

146

CH SERVIÇOS AMBIENTAIS, 2008 “Programa de Gestão Sócio-Ambiental e Avaliação

de Risco à Saúde Humana do Programa de Revitalização, Urbanização e Recupera-

ção Ambiental dos Canais do Fundão e do Cunha”,

Relatório Ambiental Simplifica-

do – RAS

, Rio de Janeiro, Brasil.

COELHO, V., 2007, Baía de Guanabara – Uma história de agressão ambiental, 1 ed. Rio

de Janeiro, Casa da Palavra.

CONAMA 357/2005 Disponível em:

www.mma.gov.br/port/conama/res/res05/res35705.pdf

, Acesso em: 01 out. 2007.

CULLEN, J.J., 1982, “The deep Chlorophyll maximum: Comparing vertical profiles of

chlorophyll a”,

Canadian Journal of Fisheries Aquatic Sciences., v. 39, n. 5 (may),

pp. 791-803.

CUNHA, C.L.N., MONTEIRO, T.C.N., ROSMAN, P.C.C., 2002, “Modelagem Bidimen-

sional de Transporte de Escalares Não-Conservativos em Corpos D’água Rasos”,

Revista Brasileira de Recursos Hídricos, v. 7, n.2, pp. 63-79.

DIAS, G & QUARESMA, V.S., 1997, Baía de Guanabara – Evolução Geomorfológica do

fundo submarino.

Anais do XXXIX Congresso Brasileiro de Geologia, Salvador-

Bahia.

DNMET, Normais Climatológicas (1961 – 1990). Departamento Nacional de Meteorologia

(DNMET), Ministério da Agricultura e Reforma Agrária, 1992.

FEEMA, 1998, Qualidade de Água da Baía de Guanabara (1990/1997), Programa de Des-

poluição da Baía de Guanabara/ Programas Ambientais Complementares, 1 vol.,

Rio de Janeiro.

FEITOSA, F.A.C., FILHO, J.M., 1997, Hidrogeologia: Conceitos e Aplicações, 2 ed. For-

taleza, CPRM LABHID – Universidade Federal de Pernambuco.

FOLLETO, M. 2000, Canais poluídos prejudicam a Baía de Guanabara, Reportagem pu-

blicada em 10/10/2006, Disponível em:

http://oglobo.globo.com/rio/mat/2006/10/10/286055251.asp##

, Acesso em: 5 Nov.

2008.

147

GIANNINI, M.F.C.; BARBOSA, F.P.; CIOTTI, A.M., 2006 “Distribuição de clorofila-a na

Baía de Santos (SP) e sua relação com as condições de maré”, In:

III Simpósio Bra-

sileiro de Oceanografia, Oceanografia e Mudanças Globais, São Paulo: Instituto

Oceanográfico da Universidade de São Paulo

, pp. 13-20.

GÓES, H.A.F., 1998, Planejamento de Dragagem, Curso Especial em Gestão de Sistemas

Portuários, COPPE/UFRJ, CIAGA, Rio de Janeiro, RJ, Brasil.

GOLDMAN, C.R., HORNE, A.J. 1983, Limnology, ed. 1. New York, McGraw Hill.

GOOSSENS, H., ZWOLSMAN, J.J.G., ALLEN M.J., 1996, “an Evaluation of the

Behaviour of Pollutants During Dredging Activities”,

Revista Terra Et Aqua, n. 62,

Holanda.

HERBICH, J.B., 2000, Handbook of Dredging Engineering, ed. 2. New York, McGraw-

Hill.

IAWQ, 1995, “Activated sludge model n. 2”, In: IAWQ Scientific and Technical Reports.

IGUCHI, T., 2006, Modelo de Qualidade de Água 1D para rede de rios via método do ele-

mento móvel acoplado a Modelo 2DH

, Dissertação de Mestrado, Programa de En-

genharia Oceânica, COPPE/UFRJ, Rio de Janeiro, RJ, Brasil.

INSTITUTO BAÍA DE GUANABARA,

Disponível em: www.portalbaiadeguanabara.org.br/portal/

, Acesso em: 22 nov.

2007.

KJERFVE, B., RIBEIRO, C.H.A., et al., 1997, “Oceanographic characteristics of an impac-

ted coastal bay: Baia de Guanabara, Rio de Janeiro, Brazil”,

Continental Shelf Rese-

arch

, v. 17, n. 13, pp.1609-1643.

LACERDA, W.A., ROSMAN, P.C.C., 1998, Estudo Hidrodinâmico e Geotécnico para

Revitalização da Circulação no Canal do Fundão e no Canal do Cunha, Baía de

Guanabara, RJ

– Relatório Técnico – Fundação COPPETEC, Universidade Federal

do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro.

148

LIMA, E.B.N.R., 2001, Modelação Integrada para Gestão da Qualidade da Água na Bacia

do Rio Cuiabá

, Tese de Doutorado, Programa de Engenharia Civil, COPPE/UFRJ,

Rio de Janeiro, RJ, Brasil.

LIMA, E.C.R., 2006, Qualidade de Água da Baía de Guanabara e Saneamento: uma abor-

dagem Sistêmica

, Tese de Doutorado, Programa de Planejamento Energético,

COPPE/UFRJ, Rio de Janeiro, RJ, Brasil.

MELO, G.V., 2004, Transporte de metais pesados no sedimento em suspensão na Baía de

Guanabara em um ciclo de maré

, Dissertação de Mestrado, Instituto de Geociên-

cias, Programa de Pós-Graduação em Geologia e Geofísica Marinha, Universidade

Federal Fluminense, Rio de Janeiro, RJ, Brasil.

MENEZES, P.M.L., et al, 2004, “Evolução Histórica-Geográfica-Cartográfica da Ilha do

Fundão”, In:

Congresso Brasileiro de Cadastro Técnico Multifinalitário -

COBRAP

, pp. 1-8 , Florianópolis, Out.

MOSCATELLI, 2007, Fotos recentes que relatam a degradação ambiental no Rio de Ja-

neiro

, Disponível em: www.biologo.com.br/MOSCATELLI/setembro2007.htm A-

cesso em: 15 nov. 2007.

MOTA, S., 2003, Introdução à Engenharia Ambiental, 3. ed. Rio de Janeiro, Associação

Brasileira de Engenharia Sanitária.

MUHAMMETOGLU, A.B., SOYUPAK, S., 2000,“A three-dimensional water quality-

macrophyte interaction model for shallow lakes”.

Ecological Modelling, v. 113: p.

161-180.

NASSER, V.L., 2001, Estudo da Qualidade de Água na Baía de Guanabara utilizando

técnicas de sensoriamento remoto e análise geoestatística,

Dissertação de Mestrado,

Programa de Engenharia Civil, COPPE/UFRJ, Rio de Janeiro, RJ, Brasil.

PACIFIC CONSULTANTS INTERNATIONAL, 2003, The study on Management and

Improvement of Environmental Conditions of Guanabara Bay in Rio de Janeiro

, the

Federative Republic of Brazil, Main Report.

149

REFERÊNCIA TÉCNICA DO SisBaHiA

, COPPE-UFRJ, Rio de Janeiro, Disponível em:

www.sisbahia.coppe.ufrj.br

, Último Acesso em: 2 fev. 2009.

ROSA, R.S., MESSIAS, R.A., AMBROZINI, B., et al., 2003, Importância da Compreen-

são dos Ciclos Biogeoquímicos para o Desenvolvimento Sustentável

, Instituto de

Química de São Carlos, Universidade de São Paulo, São Carlos, Brasil.

ROSMAN, P.C.C.,1987, Modeling Shallow Water Bodies via Filtering Techniques, Ph.D.

Thesis, Dept. of Civil Engineering, Massachusetts Institute of Technology.

ROSMAN, P.C.C., 1997, “Subsídios para Modelagem de Sistemas Estuarinos”. In:Métodos

Numéricos em Recursos Hídricos

(Vol. 3), Capítulo 3, Associação Brasileira de Re-

cursos Hídricos – ABRH.

ROSMAN, P.C.C., 1998, Parecer Técnico sobre Efeitos Hidrodinâmicos da Construção de

Ponte para a Linha Amarela no Canal do Fundão, RJ

, Fundação COPPETEC.

ROSMAN, P.C.C., 2001, Modelagem de derrames acidentais de LCO do DUTO PE-03,

BAÍA DE GUANABARA, RJ, Relatório Técnico – Fundação COPPETEC.

SAMPAIO, M., 2003, Estudo de circulação hidrodinâmica 3D e trocas de massas d’água

da Baia de Guanabara

, Dissertação de Mestrado, Programa de Engenharia Civil,

COPPE/UFRJ, Rio de Janeiro, RJ, Brasil.

SEMADS, 2001, Bacias Hidrográficas e Rios Fluminenses, Síntese Informativa por Ma-

crorregião Ambiental

, Secretaria de Estado de Meio Ambiente e Desenvolvimento

Sustentável do Rio de Janeiro, Projeto Planágua SEMADS/GTZ, volume III, 2001.

SERLA, Obras no Canal do Cunha, Notícia apresentada no dia 28 de agosto de 2007, Dis-

ponível em: www.serla.rj.gov.br

, Acesso em: 01 de outubro de 2007.

SCHEEFFER, M., 2001, Uma Avaliação do Controle Industrial do Programa de Despolui-

ção da Baía de Guanabara: o caso das 55 indústrias prioritárias

, Dissertação de

Mestrado, Programa de Planejamento Energético, COPPE/UFRJ, Rio de Janeiro,

RJ, Brasil.

150

THOMANN, R.V., MULLER, J.A., 1987, Principle of Surface Water Quality Modeling

and Control,

New York, Haper and Row.

VAZ, L.F., 1994, História dos bairros da Maré: Espaço, tempo e vida cotidiana no Com-

plexo da Maré

, Universidade Federal do Rio de Janeiro.

VARELLA, D., BERTAZZO, I., JACQUES, P.B., 2002, Maré: vida na favela, 1 ed. Rio de

Janeiro, Casa da Palavra.

VON SPERLLING, M., 2005, “Introdução à qualidade das águas e ao tratamento de esgo-

tos

”, In: Princípios do tratamento biológico de águas residuárias, 3 ed., vol. 1, Belo

Horizonte: DESA-UFMG.

WU, J., 1982, “Wind stress over sea surface from breeze to hurricane”, Journal of

Geophysical Research

87 (C12):9704-9706.

Livros Grátis
( http://www.livrosgratis.com.br )
 
Milhares de Livros para Download:
 
Baixar livros de Administração
Baixar livros de Agronomia
Baixar livros de Arquitetura
Baixar livros de Artes
Baixar livros de Astronomia
Baixar livros de Biologia Geral
Baixar livros de Ciência da Computação
Baixar livros de Ciência da Informação
Baixar livros de Ciência Política
Baixar livros de Ciências da Saúde
Baixar livros de Comunicação
Baixar livros do Conselho Nacional de Educação - CNE
Baixar livros de Defesa civil
Baixar livros de Direito
Baixar livros de Direitos humanos
Baixar livros de Economia
Baixar livros de Economia Doméstica
Baixar livros de Educação
Baixar livros de Educação - Trânsito
Baixar livros de Educação Física
Baixar livros de Engenharia Aeroespacial
Baixar livros de Farmácia
Baixar livros de Filosofia
Baixar livros de Física
Baixar livros de Geociências
Baixar livros de Geografia
Baixar livros de História
Baixar livros de Línguas

Baixar livros de Literatura
Baixar livros de Literatura de Cordel
Baixar livros de Literatura Infantil
Baixar livros de Matemática
Baixar livros de Medicina
Baixar livros de Medicina Veterinária
Baixar livros de Meio Ambiente
Baixar livros de Meteorologia
Baixar Monografias e TCC
Baixar livros Multidisciplinar
Baixar livros de Música
Baixar livros de Psicologia
Baixar livros de Química
Baixar livros de Saúde Coletiva
Baixar livros de Serviço Social
Baixar livros de Sociologia
Baixar livros de Teologia
Baixar livros de Trabalho
Baixar livros de Turismo
 
 