ACOPLAMENTO DE MODELOS DE CAMPO PRÓXIMO E CAMPO AFASTADO COM CINÉTICA DE DECAIMENTO BACTERIANO VARIÁVEL - APLICAÇÕES EM EMISSÁRIOS SUBMARINOS Renato Castiglia Feitosa TESE SUBMETIDA AO CORPO DOCENTE DA COORDENAÇÃO DOS PROGRAMAS DE PÓS-GRADUAÇÃO DE ENGENHARIA DA UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO COMO PARTE DOS REQUISITOS NECESSÁRIOS PARA A OBTENÇÃO DO GRAU DE DOUTOR EM CIÊNCIAS EM ENGENHARIA OCEÂNICA. Aprovada por: _______________________________________________ Prof. Paulo Cesar Colonna Rosman, Ph.D. _______________________________________________ Prof. Susana Beatriz Vinzon, D.Sc. _______________________________________________ Prof. Isaac Volschan Jr., D.Sc. _______________________________________________ Prof. João Luiz Baptista de Carvalho, D.Sc. _______________________________________________ Prof. Odir Clécio da Cruz Roque, D.Sc. RIO DE JANEIRO, RJ – BRASIL NOVEMBRO DE 2007
206
Embed
EM EMISSÁRIOS SUBMARINOS Renato Castiglia Feitosa TESE ... · ria das taxas de decaimento bacteriano. O acoplamento dos modelos foi aplicado na avaliação do impacto provocado pelo
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
ACOPLAMENTO DE MODELOS DE CAMPO PRÓXIMO E CAMPO AFASTADO
COM CINÉTICA DE DECAIMENTO BACTERIANO VARIÁVEL - APLICAÇÕES
EM EMISSÁRIOS SUBMARINOS
Renato Castiglia Feitosa
TESE SUBMETIDA AO CORPO DOCENTE DA COORDENAÇÃO DOS
PROGRAMAS DE PÓS-GRADUAÇÃO DE ENGENHARIA DA UNIVERSIDADE
FEDERAL DO RIO DE JANEIRO COMO PARTE DOS REQUISITOS
NECESSÁRIOS PARA A OBTENÇÃO DO GRAU DE DOUTOR EM CIÊNCIAS
EM ENGENHARIA OCEÂNICA.
Aprovada por:
_______________________________________________
Prof. Paulo Cesar Colonna Rosman, Ph.D.
_______________________________________________
Prof. Susana Beatriz Vinzon, D.Sc.
_______________________________________________
Prof. Isaac Volschan Jr., D.Sc.
_______________________________________________
Prof. João Luiz Baptista de Carvalho, D.Sc.
_______________________________________________
Prof. Odir Clécio da Cruz Roque, D.Sc.
RIO DE JANEIRO, RJ – BRASIL
NOVEMBRO DE 2007
ii
FEITOSA, RENATO CASTIGLIA
Acoplamento de Modelos de Campo Próximo
e Campo Afastado com Cinética de Decai-
mento bacteriano Variável – Aplicações em
Emissários Submarinos [Rio de Janeiro] 2007.
XVI, 190p. 29,7 cm (COPPE/UFRJ,
D.Sc., Engenharia Oceânica, 2003)
Tese – Universidade Federal do Rio de
Janeiro, COPPE
1. Acoplamento de Modelos
2. Emissários Submarinos
3. Campo Próximo
4. Campo Afastado
5. Decaimento Bacteriano
I. COPPE/UFRJ II. Título (série)
iii
AGRADECIMENTOS
Agradeço aos meus pais e familiares por mais uma vez me apoiarem em todas as
decisões tomadas. A Michele minha namorada pelo incentivo, paciência e compreensão.
Aos meus colegas da COPPE, Valéria, Marquinhos, Mariela, Max (Manu Chao), Sávio
(Demerval), Marcelo.
Agradeço em especial ao Rodrigo (Perereca) pelos artigos fornecidos; Daniel, pela
ajuda e dicas sobre meteorologia; Professor João Luís (UNIVALI) pela parceria e
constante troca de informações; Marcelo Cabral (Nema) pela força, dicas e conselhos
dados durante todo doutorado. A Glace e Sônia pelo apoio total a assuntos acadêmicos,
etc. A Marise (sem comentários), simplesmente por tudo. Aos professores da
2. CRITÉRIOS PARA AVALIAÇÃO DA QUALIDADE DAS ÁGUAS PARA FINS RECREATIVOS ...................................................................................... 11
2.1. O papel da água na transmissão de doenças............................................................................11
2.2. Indicadores de contaminação fecal ...........................................................................................17 2.2.1. Coliformes termotolerantes (fecais) e Escherichia coli...........................................................20 2.2.2. Enterococos .............................................................................................................................24
2.3. Comparação entre E. coli e enterococos como indicadores de contaminação fecal..............25
2.4. Indicadores complementares de poluição e contaminação fecal ............................................30 2.4.1. Leveduras ................................................................................................................................31 2.4.2. Bacteriófagos...........................................................................................................................32 2.4.3. Víbrios.....................................................................................................................................32 2.4.4. Outros indicadores...................................................................................................................33
3. PROCESSOS DE MISTURA DO ESGOTO NO MAR........................... 34
3.1. Modelagem da zona de mistura ativa no campo próximo ......................................................34 3.1.1. Ambientes sem variação de densidade ao longo da coluna d’água .........................................38
3.1.1.1. Diluição.................................................................................................................................40 3.1.1.2. Região de mistura inicial (campo próximo)..........................................................................42 3.1.1.3. Espessura ..............................................................................................................................44
3.1.2. Ambientes com variação de densidade ao longo da coluna d’água.........................................45 3.1.2.1. Diluição.................................................................................................................................47 3.1.2.2. Região de mistura inicial (campo próximo)..........................................................................49 3.1.2.3. Altura do topo da pluma (zm) ................................................................................................50 3.1.2.4. Espessura ..............................................................................................................................52
4.1.3. Fatores Bioquímicos – biológicos: ..........................................................................................68 4.1.3.1. Níveis de nutrientes...............................................................................................................68 4.1.3.2. Presença de substâncias orgânicas ........................................................................................68 4.1.3.3. Predação................................................................................................................................69 4.1.3.4. Bacteriófagos (vírus).............................................................................................................71 4.1.3.5. Algas .....................................................................................................................................71
4.1.4. Ação conjunta de fatores: ........................................................................................................72 4.1.5. Considerações gerais: ..............................................................................................................72
4.2. Modelos de decaimento bacteriano...........................................................................................73 4.2.1. Cinética do decaimento bacteriano..........................................................................................74 4.2.2. Considerações sobre a ação da radiação solar em plumas de emissários ................................76 4.2.3. Descrição dos modelos de decaimento bacteriano ..................................................................77
4.2.3.1. Modelo proposto por BELLAIR et al. (1977).......................................................................78 4.2.3.2. Modelo proposto por CHAMBERLIN & MITCHELL (1978).............................................80 4.2.3.3. Modelo proposto por MANCINI (1978)...............................................................................81 4.2.3.4. Modelo proposto por ŠOLIĆ & KRSTULOVIĆ (1992).......................................................82 4.2.3.5. Modelo proposto por CANTERAS et al. (1995). .................................................................84 4.2.3.6. Modelo proposto por SARIKAYA & SAATÇI (1995). .......................................................85 4.2.3.7. Modelo proposto por GUILLAUD et al. (1997)...................................................................86 4.2.3.8. Modelo proposto por YANG et al. (2000) ............................................................................87
4.3. Comparação entre os modelos de decaimento apresentados..................................................89 4.3.1. Avaliação dos modelos considerando a influência da radiação solar ......................................90 4.3.2. Avaliação dos modelos na ausência de radiação solar ............................................................94 4.3.3. Considerações gerais ...............................................................................................................95
4.4. Relação entre as taxas de decaimento de coliformes e enterococos .......................................96
5.1. Variações na quantidade de energia solar incidente na atmosfera........................................97
5.2. A dispersão da energia solar pela atmosfera .........................................................................100
5.3. O espectro solar........................................................................................................................103
5.4. Modelo matemático para o cálculo da radiação solar...........................................................104
6. ACOPLAMENTO DOS MODELOS..................................................... 111
6.1. Descrição da metodologia ........................................................................................................112 6.1.1. Acoplamento entre o modelo hidrodinâmico e o modelo de campo próximo .......................112 6.1.2. Acoplamento entre o modelo de campo próximo e o modelo de campo afastado.................114
6.1.2.1. Geração das curvas de decaimento do contaminante e a modelagem do campo afastado ..116 6.1.2.2. Posição do contaminante ao longo da coluna d’água e sua advecção no campo afastado ..121
6.2. Metodologia computacional ....................................................................................................123 6.2.1. Acoplamento entre modelo hidrodinâmico e o modelo de campo próximo. .........................124 6.2.2. Acoplamento entre modelo de campo próximo e modelo de campo afastado.......................126
6.2.2.1. Geração das curvas de dacaimento do contaminante e a modelagem do campo afastado ..126 6.2.2.2. Posição do contaminante ao longo da coluna d’água e sua advecção no campo afastado ..128
7.4. Modelagem da pluma de contaminantes ................................................................................145 7.4.1. Dados utilizados na modelagem da pluma de E.coli .............................................................146 7.4.2. Resultados .............................................................................................................................147
Simbologia S Salinidade M Massa equivalente do contaminante T Temperatura Ce Concentração do contaminante emitida no
meio Rs Radiação solar Co Concentração do contaminante no campo
próximo Fd Número de Froude densimétrico Np Número de partículas emitidas uj Velocidade do jato efluente Mo Massa inicial das partículas d Diâmetro dos orifícios difusores Δt Passo de tempo do modelo lagrangeano g Aceleração da gravidade tv Tempo de vida das partículas N Freqüência de Brunt-Vaisala CT Coliforme total Sn Diluição mínima inicial CF Coliforme fecal zm Altura do topo da pluma SF Streptococcus fecalis hn Espessura da pluma NMP Número mais provável xn Comprimento da região de mistura inicial Ly Langley = caloria/cm2
b Fluxo de boiância ITP Radiação solar incidente no topo da pluma
m Fluxo de quantidade de movimento Io Radiação solar incidente na superfície Qj Vazão do orifício da tubulação difusora I Intensidade de radiação solar em uma
profundidade qualquer Qt Vazão total do efluente Zs Profundidade de Secchi q Vazão por metro linear da tubulação
difusora Kp Coeficiente de extinção da luminosidade
ao longo da espessura da pluma L Comprimento da tubulação difusora Ke Coeficiente de extinção da luminosidade
da água do mar B Largura da região fonte kd Taxa de decaimento bacteriano
LQ, lB, lM Escalas de comprimento (fontes pontuais) Ri Número de Richardson gradiente lq, lb, lm Escalas de comprimento (fontes lineares) Dt Difusividade turbulenta
F Número de Froude hCA Espessura da pluma no campo afastado u Velocidade das correntes g’
o Aceleração modificada da gravidade H Profundidade da tubulação difusora n Número de orifícios da tubulação difusora θ Ângulo da incidência das correntes sobre
tubulação difusora SDOJ Sistema de disposição oceânica do
Jaguaribe w Espalhamento lateral da pluma SDORV Sistema de disposição oceânica do Rio
Vermelho s Espaçamento dos orifícios difusores DBO Demanda Bioquímica de oxigênio ρo Densidade do efluente ρa Densidade do meio
Nota: As figuras ou tabelas existentes neste trabalho cuja origem não foi informada
foram obtidas através da Internet ou produzidas pelo autor deste trabalho.
xi
Lista de Figuras Figura 1. Vista aérea das praias de Ipanema e Leblon, à esquerda, e da praia de Copacabana à direita. (Google maps, acesso a página em
25/09/2007). .......................................................................................................................................................................................................1 Figura 2. Vista da cidade de Salvador – BA (http://backbeat.bolgs.sapo.pt, acesso a página em 25/09/2007)............................................................1 Figura 3. Vista aérea do complexo lagunar da microbacia de Jacarepaguá (www.serla.rj.gov.br/obras/obra_jpa.asp, acesso a página em
25/09/2007) ........................................................................................................................................................................................................2 Figura 4. A proliferação de algas indica elevado nível poluição da lagoa de Jacarepaguá (www.serla.rj.gov.br/obras/obra_jpa.asp, acesso a
página em 25/09/2007). .....................................................................................................................................................................................3 Figura 5. Esquema da descarga do efluente. A estampa da esquerda representa a descarga realizada com difusor constituído por múltiplas
portas e a estampa da direita o caso da descarga realizada por orifício individual (www.bleninger.com, acesso a página em 19/12/2007).5 Figura 6. Correlação entre as taxas de decaimento de bactérias do grupo coliforme e as taxas de decaimento de patogênicos e vírus. As taxas de
decaimento foram estimadas por CHAMBERLIN (1982) baseadas em dados de BAROSS et al. (1975) – Δ ; McFETERS et al.(1974) - +,
McCAMBRIDGE & Mc MEEKIN (1981) – ○ , LANDTRIP (1983) – ● e KAPUSCINSKI & MITCHELL (1981) – □.A linha indicada na figura representa os pontos onde as taxas de decaimento de coliformes e patogênicos são equivalentes. ...........................................................23
Figura 7. Pontos de monitoramento dos indicadores de contaminação fecal, indicados na Tabela 2. Amostragens realizadas entre Dezembro de 1985 e Junho de 1986 (ARAUJO et al.,1990). ................................................................................................................................................27
Figura 8. Resultados da análise de Enterococos, Escherichia coli e Coliformes termotolerantes em diferentes pontos da praia de Camburi, Vitória/ES ( MOTTA et al., 2003). ....................................................................................................................................................................29
Figura 9. Difusores com saídas em forma de “T” (adaptado TIAN et al., 2004)...........................................................................................................36 Figura 10. Principais características da pluma em ambientes com densidade homogênea ao longo da coluna d’água (Tian et al., 2004 II). ..........39 Figura 11. Diferentes regimes de escoamento em função do número de Froude F (ROBERTS,1979)......................................................................39 Figura 12. Diluição no campo próximo em função do espaçamento dos orifícios da tubulação difusora para escoamentos onde F >0,1 (TIAN et al.,
2004 II)..............................................................................................................................................................................................................41 Figura 13. Relação entre a diluição mínima inicial e o nº de Froude para diferentes orientações de correntes em relação a tubulação difusora, em
ambientes com densidade homogênea (Adaptado Roberts, 1979). ...............................................................................................................42 Figura 14. Variação da região de mistura inicial em função do número e Froude F e do espaçamento dos orifícios da tubulação difusora (Tian et
al, 2004 II).........................................................................................................................................................................................................43 Figura 15. Variação da espessura da pluma na região de mistura inicial em função do número de Froude F (Tian et al, 2004 II). ..........................44 Figura 16. Principais características da pluma sob ação de correntes em ambientes com densidade variável (Tian et al., 2006)............................45 Figura 17. Influência das correntes na diluição em função do número de Froude F (TIAN et al., 2006).....................................................................48 Figura 18. Relação entre a diluição mínima inicial e o nº de Froude para diferentes orientações de correntes em relação a tubulação difusora, em
ambiente com variação linear de densidade (Adaptado ROBERTS et al.,1989)............................................................................................48 Figura 19. Altura do topo da pluma em função do número de Froude F para diferentes espaçamentos entre orifícios da tubulação difusora (Tian et
al., 2006)...........................................................................................................................................................................................................51 Figura 20. Espessura da pluma para escoamentos onde 0,3< F < 1,8 (Tian et al., 2006). .........................................................................................53 Figura 21. Espalhamento da pluma em duas camadas horizontalmente opostas, em ambientes estagnados (Daviero & Roberts, 2006). ..............54 Figura 22. Decaimento das bactérias do grupo E. Coli em função da ação de agentes predadores e da incidência de radiação solar (Adaptada de
McCambridge e McMeekin, 1981). ..................................................................................................................................................................70 Figura 23. Esquema representativo da penetração da radiação ao longo da coluna d’água (Adaptado de Roberts et al, 1989). .............................76 Figura 24. Dispersão dos valores do parâmetro T90 para o período de verão, considerando os modelos de Bellair et al., Chamberlin & Mitchell,
Mancini, Solic e Krstulovic, Canteras et al.,Sarikaya & Saatçi e Guillaud et al . A estampa superior representa a condição de céu claro e a estampa inferior representa a condição de céu totalmente nublado...............................................................................................................91
Figura 25. Dispersão dos valores do parâmetro T90 para o período de verão, considerando os modelos de Bellair et al., Chamberlin & Mitchell, Mancini, Canteras et al, Sarikaya & Saatçi e Guillaud et al . A estampa superior representa a condição de céu claro e a estampa inferior representa a condição de céu totalmente nublado..........................................................................................................................................92
Figura 26. Dispersão dos valores do parâmetro T90 para o período de verão, considerando os modelos de Mancini, Canteras et al, Sarikaya & Saatçi e Guillaud et al . A estampa superior representa a condição de céu claro e a estampa inferior representa a condição de céu totalmente nublado. ..........................................................................................................................................................................................93
Figura 27. Órbita da Terra em torno do Sol, com seu eixo N-S inclinado de um ângulo de 23,5o. As estações do ano descritas na ilustração referem-se ao hemisfério sul (http://cdcc.sc.usp.br/cda). ................................................................................................................................98
xii
Figura 28. Incidência de raios solares no hemisfério sul durante o verão (fonte: internet). A estampa da direita ilustra uma imagem da terra, como se vista do sol, durante o solstício de verão (fonte: internet). Com base nesta imagem pode ser observada uma incidência praticamente perpendicular dos raios solares sobre a latitude de 23,5° S. ..........................................................................................................................99
Figura 29. Incidência de raios solares no hemisfério norte durante o verão (fonte: internet). A estampa da direita ilustra uma imagem da terra, como se vista do sol, durante o solstício de verão (fonte: internet). Com base nesta imagem pode ser observada uma incidência praticamente perpendicular dos raios solares sobre a latitude de 23,5° N...................................................................................................100
Figura 30. Incidência de raios solares durante o equinócio (fonte: internet). A estampa da direita ilustra uma imagem da terra, como se vista do sol, durante o equinócio (fonte: internet). Com base nesta imagem pode ser observada uma incidência praticamente perpendicular dos raios solares sobre o equador........................................................................................................................................................................100
Figura 31. Distribuição espectral da radiação solar (fonte: internet). .........................................................................................................................102 Figura 32. O espectro eletromagnético .......................................................................................................................................................................104 Figura 33. Comparação entre dados de radiação solar medidos, e calculados pelo modelo. Medições realizadas durante o inverno de 1989 pelo
IEAPM – Arraial do Cabo – RJ.......................................................................................................................................................................105 Figura 34. Comparação entre dados de radiação solar medidos, e calculados pelo modelo. Medições realizadas durante a primavera de 1989
pelo IEAPM – Arraial do Cabo – RJ...............................................................................................................................................................105 Figura 35. Comparação entre dados de radiação solar medidos, e calculados pelo modelo. Medições realizadas durante o verão de 1990 pelo
IEAPM – Arraial do Cabo – RJ.......................................................................................................................................................................106 Figura 36. Comparação entre dados de radiação solar medidos, e calculados pelo modelo especificamente para o dia 13/10/89. Foi considerada
no modelo a condição de cobertura de nuvens equivalente a 100%............................................................................................................107 Figura 37. Esquematização da metodologia adotada no acoplamento dos modelos ................................................................................................111 Figura 38. Principais dados de entrada a serem inseridos no modelo de campo próximo (Zhang & Adams, 1999). ...............................................113 Figura 39. Características da pluma no campo afastado obtidas a partir da modelagem do campo próximo (Zhang & Adams, 1999)...................114 Figura 40. Posição de lançamento da massa do contaminante de acordo com a posição vertical da pluma, determinada pelo modelo de campo
próximo (Zhang & Adams, 1999). ..................................................................................................................................................................115 Figura 41. Representação esquemática da pluma de contaminantes e da geometria da região fonte. ....................................................................115 Figura 42. Cenário 1: A estampa superior ilustra a variação horária do T90, e a estampa inferior curvas de decaimento referentes à condição de
verão com céu claro (0% de cobertura de nuvens) e pluma atingindo a superfície livre. Na legenda da estampa inferior, o número em seguida à letra F indica a hora do dia. Exemplo: a parcela de efluente lançada pelo emissário às 17h (cf. curva F17), após 7 horas tem fator de decaimento = 0.40. ...........................................................................................................................................................................118
Figura 43. Cenário 2: A estampa superior ilustra a variação horária do T90, e a estampa inferior curvas de decaimento referentes à condição de verão com céu claro (0% de cobertura de nuvens) e pluma com seu limite superior situado a 10 metros de profundidade. Na legenda da estampa inferior, o número em seguida à letra F indica a hora do dia. Exemplo: a parcela de efluente lançada pelo emissário às 17h (cf. curva F17), após 14 horas tem fator de decaimento = 0.30..........................................................................................................................119
Figura 44. Variação do T90 ao longo da espessura da pluma. A estampa superior representa a simulação considerando condições médias de profundidade, espessura da pluma, temperatura e salinidade supracitadas. A estampa inferior contempla a variação horária destes parâmetros. A pluma está representada pela superfície em tons de cinza. .................................................................................................121
Figura 45. Comparação do calculo de concentração baseado em diferentes espessuras de mistura. A estampa da esquerda representa uma espessura de mistura de 5 metros, enquanto a da direita representa uma espessura de mistura de 20 metros. Nesta comparação são desprezadas as reações cinéticas de decaimento. .......................................................................................................................................123
Figura 46. Metedologia de cálculo empregada no acoplamento entre o modelo hidrodinâmico e o modelo de campo próximo. ............................125 Figura 47. Metedologia de cálculo empregada no acoplamento entre o modelo de campo próximo e o modelo de campo afastado.....................127 Figura 48. Variação temporal da espessura pluma durante a simulação...................................................................................................................130 Figura 49. Isolinhas de concentração de coliformes termotolerantes (fecais) em dois diferentes instantes de simulação. Na estampa superior a
pluma apresenta espessura de 20 metros, e na estampa inferior a espessura equivale a 10 metros. As escalas horizontais referem-se à distância em metros. ......................................................................................................................................................................................131
Figura 50. Variação da densidade, ao longo dos cinco dias de simulação. ...............................................................................................................132 Figura 51. Variação temporal da pluma ao longo da coluna d’água, radiação solar incidente sobre a pluma e taxa de decaimento em cada um dos
instantes acima descritos. ..............................................................................................................................................................................132 Figura 52. Isolinhas de concentração de coliformes termotolerantes (fecais) em cinco diferentes instantes de simulação. As escalas horizontais
referem-se à distância em metros..................................................................................................................................................................133
xiii
Figura 53. Isolinhas de concentração de coliformes termotolerantes (fecais) durantes dois diferentes instantes durante o período noturno. As escalas horizontais referem-se à distância em metros..................................................................................................................................134
Figura 54. Localização da região em estudo (Google maps). ....................................................................................................................................135 Figura 55. Disposição das vertentes da região metropolitana de Salvador (Topazio, 2003).....................................................................................136 Figura 56. Região do SDORV e localização das alternativas para o eixo da futura tubulação do sistema de disposição oceânico........................137 Figura 57. Batimetria como vista pelo modelo, com base nos dados da malha de discretização do domínio da BTS considerado. .......................138 Figura 58. Domínio tridimensional da BTS discretizado com uma pilha de 21 malhas contendo 21× 1499 elementos finitos biquadráticos
totalizando 144018 (= 21×6858) pontos. .......................................................................................................................................................138 Figura 59. Condição de quadratura. As estampas superior e inferior representam respectivamente o campo de velocidades 2DH durante a meia
maré enchente e a meia maré vazante..........................................................................................................................................................141 Figura 60. Condição de sizígia. As estampas superior e inferior representam respectivamente o campo de velocidades 2DH durante a meia maré
enchente e a meia maré vazante...................................................................................................................................................................142 Figura 61. Condição de quadratura. As estampas superior e inferior representam respectivamente o campo de velocidades 2DH durante a meia
maré enchente e a meia maré vazante..........................................................................................................................................................143 Figura 62. Condição de sizígia. As estampas superior e inferior representam respectivamente o campo de velocidades 2DH durante a meia maré
enchente e a meia maré vazante...................................................................................................................................................................144 Figura 63. Variação sumarizada dos perfis de densidade ao longo do período de simulação para as condições de verão e inverno. ...................146 Figura 64. Cenário de verão. Variação temporal dos parâmetros ambientais, das características da pluma e da taxa de decaimento ao longo do
verão. A estampa superior ilustra as variações temporais da cobertura de nuvens e da radiação solar na superfície livre. A estampa central representa as variações da elevação e espessura da pluma e das diferenças de densidade entre a superfície livre e o ponto de lançamento do efluente. A estampa inferior representa a variação temporal da radiação solar, em função das variações da profundidade de Secchi e das posições da pluma no meio, e as variações do T90. Condição referente ao Sistema de Disposição Oceânica do Jaguaribe (SDOJ). ........................................................................................................................................................................................149
Figura 65. Cenário de verão. Variação temporal dos parâmetros ambientais, das características da pluma e da taxa de decaimento ao longo do verão. A estampa superior ilustra as variações temporais da cobertura de nuvens e da radiação solar na superfície livre. A estampa central representa as variações da elevação e espessura da pluma e das diferenças de densidade entre a superfície livre e o ponto de lançamento do efluente. A estampa inferior representa a variação temporal da radiação solar, em função das variações da profundidade de Secchi e das posições da pluma no meio, e as variações do T90. Condição referente ao Sistema de Disposição Oceânica do Rio Vermelho (SDORV). ......................................................................................................................................................................................150
Figura 66. Cenário de verão. Ângulo de ação das correntes em relação à tubulação difusora para os emissários do Rio Vermelho e Jaguaribe. 0° corresponde à ação paralela e 90° corresponde à ação perpendicular. ......................................................................................................151
Figura 67. Plumas do SDORV e do SDOJ no dia 26/01/2003 às 0:00 hs durante meia maré vazante de quadratura. O ponto vermelho indicado no gráfico representa o módulo da corrente no instante em questão na região do SDORJ. Escalas da figura indicadas em metros. ............152
Figura 68. Plumas do SDORV e do SDOJ no dia 26/01/2003 às 6:00 hs durante meia maré enchente de quadratura. O ponto vermelho indicado no gráfico representa o módulo da corrente no instante em questão na região do SDORJ. Escalas da figura indicadas em metros........152
Figura 69. Plumas do SDORV e do SDOJ no dia 26/01/2003 às 14:00 hs durante meia maré vazante de quadratura. O ponto vermelho indicado no gráfico representa o módulo da corrente no instante em questão na região do SDORJ. Escalas da figura indicadas em metros........153
Figura 70. Plumas do SDORV e do SDOJ no dia 29/01/2003 às 0:00 hs durante maré enchente de quadratura. O ponto vermelho indicado no gráfico representa o módulo da corrente no instante em questão na região do SDORJ. Escalas da figura indicadas em metros. ............153
Figura 71. Plumas do SDORV e do SDOJ no dia 29/01/2003 às 6:00 hs durante maré vazante de quadratura. O ponto vermelho indicado no gráfico representa o módulo da corrente no instante em questão na região do SDORJ. Escalas da figura indicadas em metros. ............154
Figura 72. Plumas do SDORV e do SDOJ no dia 29/01/2003 às 14:00 hs durante preamar de quadratura. O ponto vermelho indicado no gráfico representa o módulo da corrente no instante em questão na região do SDORJ. Escalas da figura indicadas em metros.........................154
Figura 73. Plumas do SDORV e do SDOJ no dia 31/01/2003 às 0:00 hs durante meia maré enchente de sizígia. O ponto vermelho indicado no gráfico representa o módulo da corrente no instante em questão na região do SDORJ. Escalas da figura indicadas em metros. ............155
Figura 74. Plumas do SDORV e do SDOJ no dia 31/01/2003 às 6:00 hs durante meia maré vazante de sizígia. O ponto vermelho indicado no gráfico representa o módulo da corrente no instante em questão na região do SDORJ. Escalas da figura indicadas em metros. ............155
Figura 75. Plumas do SDORV e do SDOJ no dia 31/01/2003 às 14:00 hs durante meia maré enchente de sizígia. O ponto vermelho indicado no gráfico representa o módulo da corrente no instante em questão na região do SDORJ. Escalas da figura indicadas em metros. ............156
Figura 76. Plumas do SDORV e do SDOJ no dia 2/02/2003 às 0:00 hs durante meia maré enchente de sizígia. O ponto vermelho indicado no gráfico representa o módulo da corrente no instante em questão na região do SDORJ. Escalas da figura indicadas em metros. ............156
xiv
Figura 77. Plumas do SDORV e do SDOJ no dia 2/02/2003 às 6:00 hs durante meia maré vazante de sizígia. O ponto vermelho indicado no gráfico representa o módulo da corrente no instante em questão na região do SDORJ. Escalas da figura indicadas em metros. ............157
Figura 78. Plumas do SDORV e do SDOJ no dia 2/02/2003 às 14:00 hs durante meia maré enchente de sizígia. O ponto vermelho indicado no gráfico representa o módulo da corrente no instante em questão na região do SDORJ. Escalas da figura indicadas em metros. ............157
Figura 79. Cenário de verão. Variação da massa do contaminante lançada pelo SDOJ e SDORV em função das variações apresentadas na Figura 64 e Figura 65, respectivamente. .......................................................................................................................................................158
Figura 80. Cenário de verão. Correlação entre as taxas de decaimento, representadas pelo parâmetro T90, e variação temporal de massa. A estampa superior apresenta esta correlação para o SDOJ e a estampa inferior para o SDORV. ...............................................................159
Figura 81. Comparação entre a pluma de contaminantes entre os dias 26/01/2003 e 29/01/2003 às 14 horas. As escalas da figura estão indicadas em metros.......................................................................................................................................................................................................160
Figura 82. Comparação entre a pluma de contaminantes entre os dias 2/02/2003 e 26/01/2003 às 14 horas. As escalas da figura estão indicadas em metros.......................................................................................................................................................................................................161
Figura 83. Cenário de inverno. Variação temporal dos parâmetros ambientais, das características da pluma e da taxa de decaimento ao longo do verão. A estampa superior ilustra as variações temporais da cobertura de nuvens e da radiação solar na superfície livre. A estampa central representa as variações da elevação e espessura da pluma e das diferenças de densidade entre a superfície livre e o ponto de lançamento do efluente. A estampa inferior representa a variação temporal da radiação solar, em função das variações da profundidade de Secchi e das posições da pluma no meio, e as variações do T90. Condição referente ao Sistema de Disposição Oceânica do Jaguaribe (SDOJ). ........................................................................................................................................................................................163
Figura 84. Cenário de inverno. Variação temporal dos parâmetros ambientais, das características da pluma e da taxa de decaimento ao longo do verão. A estampa superior ilustra as variações temporais da cobertura de nuvens e da radiação solar na superfície livre. A estampa central representa as variações da elevação e espessura da pluma e das diferenças de densidade entre a superfície livre e o ponto de lançamento do efluente. A estampa inferior representa a variação temporal da radiação solar, em função das variações da profundidade de Secchi e das posições da pluma no meio, e as variações do T90. Condição referente ao Sistema de Disposição Oceânica do Rio Vermelho (SDORV). ......................................................................................................................................................................................164
Figura 85. Cenário de inverno. Ângulo de ação das correntes em relação à tubulação difusora para os emissários do Rio Vermelho e Jaguaribe. 0° corresponde à ação paralela e 90° corresponde à ação perpendicular...................................................................................................165
Figura 86. Plumas do SDORV e do SDOJ no dia 28/05/2003 às 0:30 hs durante maré vazante de quadratura. O ponto vermelho indicado no gráfico representa o módulo da corrente no instante em questão na região do SDORJ. As escalas da figura estão indicadas em metros.........................................................................................................................................................................................................................166
Figura 87. Plumas do SDORV e do SDOJ no dia 28/05/2003 às 6:30 hs durante maré enchente de quadratura. O ponto vermelho indicado no gráfico representa o módulo da corrente no instante em questão na região do SDORJ. As escalas da figura estão indicadas em metros.........................................................................................................................................................................................................................166
Figura 88. Plumas do SDORV e do SDOJ no dia 28/05/2003 às 14:30 hs durante meia maré vazante de quadratura. O ponto vermelho indicado no gráfico representa o módulo da corrente no instante em questão na região do SDORJ. As escalas da figura estão indicadas em metros.............................................................................................................................................................................................................167
Figura 89. Plumas do SDORV e do SDOJ no dia 29/05/2003 às 0:30 hs durante preamar de quadratura. O ponto vermelho indicado no gráfico representa o módulo da corrente no instante em questão na região do SDORJ. As escalas da figura estão indicadas em metros. .........167
Figura 90. Plumas do SDORV e do SDOJ no dia 29/05/2003 às 6:30 hs durante baixa-mar de quadratura. O ponto vermelho indicado no gráfico representa o módulo da corrente no instante em questão na região do SDORJ. As escalas da figura estão indicadas em metros. .........168
Figura 91. Plumas do SDORV e do SDOJ no 29/05/2003 às 14:30 hs durante meia maré vazante de quadratura. O ponto vermelho indicado no gráfico representa o módulo da corrente no instante em questão na região do SDORJ. As escalas da figura estão indicadas em metros.........................................................................................................................................................................................................................168
Figura 92. Plumas do SDORV e do SDOJ no dia 31/05/2003 às 0:30 hs durante maré enchente de sizígia. O ponto vermelho indicado no gráfico representa o módulo da corrente no instante em questão na região do SDORJ. As escalas da figura estão indicadas em metros. .........169
Figura 93. Plumas do SDORV e do SDOJ no dia 31/05/2003 às 6:30 hs durante baixa-mar de sizígia. O ponto vermelho indicado no gráfico representa o módulo da corrente no instante em questão na região do SDORJ. As escalas da figura estão indicadas em metros. .........169
Figura 94. Plumas do SDORV e do SDOJ no dia 31/05/2003 às 14:30 hs durante preamar de sizígia. O ponto vermelho indicado no gráfico representa o módulo da corrente no instante em questão na região do SDORJ. As escalas da figura estão indicadas em metros. .........170
Figura 95. Plumas do SDORV e do SDOJ no dia 2/06/2003 às 0:30 hs durante maré enchente de sizígia. O ponto vermelho indicado no gráfico representa o módulo da corrente no instante em questão na região do SDORJ. As escalas da figura estão indicadas em metros. .........170
xv
Figura 96. Plumas do SDORV e do SDOJ no dia 2/06/2003 às 6:30 hs durante maré vazante de sizígia. O ponto vermelho indicado no gráfico representa o módulo da corrente no instante em questão na região do SDORJ. As escalas da figura estão indicadas em metros. .........171
Figura 97. Plumas do SDORV e do SDOJ no dia 2/06/2003 às 14:30 hs durante preamar de sizígia. O ponto vermelho indicado no gráfico representa o módulo da corrente no instante em questão na região do SDORJ. As escalas da figura estão indicadas em metros. .........171
Figura 98. Cenário de inverno. Variação da massa do contaminante lançada pelo SDOJ e SDORV em função das variações apresentadas na Figura 83 e Figura 84, respectivamente. .......................................................................................................................................................172
Figura 99. Cenário de inverno. Correlação entre as taxas de decaimento, representadas pelo parâmetro T90, e variação temporal de massa. A estampa superior apresenta esta correlação para o SDOJ e a estampa inferior para o SDORV. ...............................................................173
Figura 100. Comparação entre a pluma de contaminantes entre os dias 28/05/2003 e 29/05/2003 às 14:30 hs. Escalas da figura indicadas em metros.............................................................................................................................................................................................................174
Figura 101. Comparação entre a pluma de contaminantes entre os dias 29/05/2003 e 31/05/2003 às 14:30 hs. Escalas da figura indicadas em metros.............................................................................................................................................................................................................175
Figura 102. Comparação entre a pluma de contaminantes entre os dias 29/05/2003 e 02/06/2003 às 14:30 hs. Escalas da figura indicadas em metros.............................................................................................................................................................................................................176
Figura 103. Comparação entre a pluma de contaminantes entre os dias 31/05/2003 e 02/06/2003 às 6:30 hs.......................................................178
xvi
Lista de Tabelas Tabela 1. Doenças relacionadas à água e seus respectivos microrganismos transmissores. Fontes: Benenson (1985); Tchobanoglous &
Schroeder (1985) apud VON SPERLING (1996)...............................................................................................................................................4 Tabela 2. Características gerais dos emissários mundiais (BLENINGER, 2006). .........................................................................................................6 Tabela 3. Características dos principais emissários de São Paulo e Rio de Janeiro (www.cetesb.sp.gov.br, acesso a página em 19/12/2007)........6 Tabela 4. Principais vírus associados a doenças de veiculação hídrica ......................................................................................................................14 Tabela 5. Principais bactérias associadas a doenças de veiculação hídrica ...............................................................................................................14 Tabela 6. Principais protozoários associados a doenças de veiculação hídrica..........................................................................................................16 Tabela 7. Principais fungos associados a doenças de veiculação hídrica. ..................................................................................................................16 Tabela 8. Principais helmintos associados a doenças de veiculação hídrica. .............................................................................................................16 Tabela 9. Concentração média de microrganismos patogênicos presentes no esgoto bruto (WHO, 1999). ..............................................................17 Tabela 10. Limites de balneabilidade, segundo resolução CONAMA (Conselho Nacional do meio Ambiente) nº 274 de 29 de Novembro de 2000.
..........................................................................................................................................................................................................................20 Tabela 11. Correlação entre concentração de coliformes termotolerantes (fecais) e ocorrência de Salmonella (GELDREICH,1970). .....................22 Tabela 12. Valores médios por 100 ml de água coletada. CT – coliformes totais; CF - coliformes termotolerantes (fecais); EF - estreptococos
fecais(ARAUJO et al.,1990).As concentrações sombreadas são consideradas impróprias de acordo com a resolução CONAMA nº 274 de 29/11/2000........................................................................................................................................................................................................28
Tabela 13. Prós e contras dos diversos indicadores de poluição fecal (WHO, 1999)..................................................................................................30 Tabela 14. Fluxos de vazão, momentum e empuxo de fontes pontuais e lineares......................................................................................................37 Tabela 15. Diluição da pluma na região de mistura inicial para fontes lineares ou pontuais.......................................................................................47 Tabela 16. Relações entre a espessura e altura do topo da pluma para fontes pontuais. ..........................................................................................54 Tabela 17. Correlação entre as principais unidades de energia, potência e radiação.................................................................................................74 Tabela 18. Valores observados de kl a partir de experimento de campo e laboratório (Chamberling & Mitchell, 1978).............................................81 Tabela 19. Faixa de variação dos fatores influentes nas taxas de decaimento ...........................................................................................................84 Tabela 20. Faixa de variação dos parâmetros utilizados nos experimentos realizados por YANG et al. (2000) ........................................................88 Tabela 21. Cenários utilizados na comparação entre os diferentes modelos de decaimento. ....................................................................................90 Tabela 22. Valores do parâmetro T90, em horas, para as condições de verão com céu claro e totalmente nublado. ................................................90 Tabela 23. Valores calculados do parâmetro T90,, em horas, para o período noturno. ................................................................................................94 Tabela 24. Relações entre as taxas de decaimento entre coliformes termotolerantes (fecais) e enterococos...........................................................96 Tabela 25. Períodos dos dados de radiação fornecidos pelo IEAPM ........................................................................................................................105 Tabela 26. Parâmetros empregados nas simulações.................................................................................................................................................130 Tabela 27. Características dos Sistemas de Disposição Oceânica SDORV e SDOJ................................................................................................137 Tabela 28. Período de simulação dos cenários de verão e inverno...........................................................................................................................146 Tabela 29. Comparação entre as taxas de decaimento nos instantes anteriores às 14:30 nos dias 29/05 e 02/06.................................................177
1
1. INTRODUÇÃO A ocupação litorânea das principais cidades brasileiras tem se intensificado continua-
mente nos últimos anos. A Figura 1 e a Figura 2 a seguir ilustram, respectivamente, a
ocupação litorânea na região metropolitana da cidade do Rio de Janeiro e Salvador. O
adensamento populacional nas áreas litorâneas brasileiras não tem sido acompanhado
por instalações de esgotamento sanitário adequadas às regiões. Nas últimas décadas a
qualidade das águas costeiras tem sofrido um intenso processo de degradação pelo lan-
çamento de esgotos domésticos que escoam para as praias sem qualquer tratamento, seja
em despejos diretos, ou através de sistemas de drenagem pluvial.
Figura 1. Vista aérea das praias de Ipanema e Leblon, à esquerda, e da praia de Copacabana à direita. (Google
maps, acesso a página em 25/09/2007).
Figura 2. Vista da cidade de Salvador – BA (http://backbeat.bolgs.sapo.pt, acesso a página em 25/09/2007)
Figura 4. A proliferação de algas indica elevado nível poluição da lagoa de Jacarepaguá (www.serla.rj.gov.br/obras/obra_jpa.asp, acesso a página em 25/09/2007).
Um dos mais importantes aspectos relacionado à poluição das águas está associa-
do às doenças de veiculação hídrica. Um corpo d’água receptor do lançamento de esgo-
tos pode incorporar uma ampla gama de agentes transmissores de doenças. Este fato
afeta os usos preponderantes destinados ao corpo d’água, tais como abastecimento e
balneabilidade.
A Tabela 1 apresenta as principais doenças relacionadas com a água e seus princi-
pais agentes causadores.
Sistemas de esgotamento sanitário têm como objetivo minimizar os impactos de-
correntes da poluição dos cursos d’água no que diz respeito tanto à preservação do meio
ambiente, quanto a promover melhores condições de saúde pública. Entretanto, de acor-
do com GONÇALVES & SOUZA (1997), as estações convencionais de tratamento de
esgotos sanitários, permitem o tratamento de pequenas ou grandes vazões, em menor
tempo e espaço, porém com o emprego de elevadas quantidades de energia elétrica e
mecânica. Isto encarece os custos de implantação e operação, e as despesas com manu-
tenção.
A disposição oceânica através de emissários submarinos tem sido apontada como
uma eficiente alternativa para o destino final de efluentes sanitários previamente trata-
dos1, em virtude da elevada capacidade de dispersão e depuração da matéria orgânica no
ambiente marinho. Esta capacidade reside na intensa energia disponível no ambiente
marinho em função da ação das correntes na dispersão do efluente, disponibilidade sufi-
ciente de oxigênio dissolvido, e por se apresentar como ambiente hostil à sobrevivência
de microrganismos.
Tabela 1. Doenças relacionadas à água e seus respectivos microrganismos transmissores. Fontes: Benenson (1985); Tchobanoglous & Schroeder (1985) apud VON SPERLING (1996)
Doença Agente causador Ingestão de água contaminada
Contato com água contaminada Escabiose Sarna (Sarcoptes scabiei) Tracoma Clamídea (Chlamydia tracomatis)
Verminoses, tendo a água como um estágio no ciclo Esquistossomose Helminto (Schistosoma)
Transmissão através de insetos, tendo a água como meio de procriação. Malária Protozoário (Plasmodium) Febre amarela Vírus (Flavivírus) Dengue Vírus (Flavivírus) Filariose Helminto (Wuchereria bancrofti)
Nos esgotos domésticos podem ser encontrados diversos microrganismos patogê-
nicos, conforme exemplificado na Tabela 1. Entretanto, a identificação destes microrga-
nismos é uma tarefa complexa em razão das suas baixas concentrações. Este obstáculo é
superado através do uso de organismos indicadores de contaminação fecal (VON
SPERLING, 1996). A existência destes indicadores permite avaliar a probabilidade de
contaminação por microrganismos patogênicos de origem entérica.
Os organismos mais comumente utilizados como indicadores de contaminação fe-
cal são as bactérias do grupo coliforme. Isto é justificado pelo fato que estes microrga-
nismos apresentam-se em grandes quantidades nas fezes humanas (BRANCO &
ROCHA, 1979 apud VON SPERLING, 1996). A resolução CONAMA n° 274/2000
adota, além destes microrganismos, o uso de enterococos como indicadores de contami-
1 De acordo com a lei 4692 estadual (RJ) de 29/12/2005, fica estabelecido tratamento de nível primário do efluente antes do seu lançamento em alto mar.
5
nação fecal. Entretanto, a Agência de Proteção Ambiental Norte Americana (U.S. EPA)
adota apenas o uso deste último microrganismo indicador como indicador de contami-
nação fecal em águas salgadas.
O emprego de modelos computacionais, como ferramentas para simulação dos
padrões de circulação hidrodinâmica e qualidade de águas, é de fundamental importân-
cia para estudos em ambientes costeiros. O modelo hidrodinâmico permite obter o pa-
drão de circulação do corpo d’água, definido pela magnitude das correntes e elevação
diferencial do nível d’água ao longo do domínio modelado. O modelo de qualidade de
água permite determinar a distribuição das concentrações do contaminante no corpo
d’água receptor no campo afastado. Este modelo é decorrente dos processos de advec-
ção, determinados pelo modelo hidrodinâmico, difusão turbulenta e reações cinéticas de
decaimento do contaminante2.
1.1. EMISSÁRIOS SUBMARINOS
O lançamento do efluente de emissários submarinos de esgotos ocorre através de difuso-
res, que contém portas ou orifícios múltiplos ou individuais (cf. Figura 5). Neste traba-
lho apenas o caso de orifícios múltiplos é considerado. Isto é comum na maioria dos
emissários submarinos de esgotos e existentes no Brasil e em outras partes do mundo.
Figura 5. Esquema da descarga do efluente. A estampa da esquerda representa a descarga realizada com difusor
constituído por múltiplas portas e a estampa da direita o caso da descarga realizada por orifício individual (www.bleninger.com, acesso a página em 19/12/2007).
2 Neste trabalho bactérias do grupo Coliforme são consideradas como contaminantes de referência.
De acordo BLENINGER (2006) as características dos emissários variam conside-
ravelmente, em função das técnicas construtivas disponíveis. Este mesmo autor apresen-
ta na Tabela 2 a seguir uma compilação das características médias, mínimas e máximas
de aproximadamente 200 emissários mundiais de efluentes domésticos e industriais. As
quantidades indicadas entre parênteses correspondem às características mínimas e má-
ximas.
Tabela 2. Características gerais dos emissários mundiais (BLENINGER, 2006).
Características Faixa de valores
Custo US$ 7 milhões (US$ 2 a 3500 milhões) Vazão máxima 1,5 m³/s (0,1 a 55 m³/s) Diâmetro 1metro (0,1 a 8 metros) Tipo de tubulação 1950 – 1980: aço carbono
1970 – 2000: concreto armado 1990 – hoje: PEAD e enterrados no leito oceâ-nico.
Comprimento da tubulação difusora 100 metros (10 – 1000 metros) Comprimento total (inclusive difusor) 1300 metros (100 a 16000 metros) Diâmetro dos orifícios 100 mm (10 a 300 mm) Profundidade de descarga 10 metros (4 a 60 metros)
Como exemplos de alguns emissários submarinos Brasileiros, atualmente há sete
emissários em funcionamento no litoral paulista: dois em Praia Grande; um em Santos;
um no Guarujá; dois em São Sebastião e um em Ilhabela. No Rio de janeiro, os princi-
pais emissários são os da Barra da Tijuca, Ipanema e Icaraí. A Tabela 3 apresenta as
principais características de alguns dos principais emissários do Rio de Janeiro e São
Paulo.
Tabela 3. Características dos principais emissários de São Paulo e Rio de Janeiro (www.cetesb.sp.gov.br, acesso a página em 19/12/2007)
Características dos emissários existentes Município / Estado Vazão
SARIKAYA & SAATÇI, 1995; GUILLAND et al., 1997; YANG et al., 2000). Através
da comparação de resultados obtidos destas formulações, observou-se uma boa consis-
tência apenas entre quatro destas formulações. Esta análise é apresentada detalhadamen-
te no item 4.3 deste trabalho.
A intensidade da radiação solar é governada por parâmetros geográficos, sazonais,
meteorológicos e ambientais. Os primeiros dois parâmetros são representados pela lati-
tude do local em que é realizado o estudo, e pelas estações do ano que irão influenciar o
ângulo de incidência dos raios solares sobre a superfície terrestre. O terceiro parâmetro
representa a condição de cobertura nebulosa. O último parâmetro está diretamente liga-
do às condições do corpo d’água representadas pela turbidez, e pela variação vertical de
densidade. A diferença de densidades entre o ponto de lançamento do efluente e a su-
perfície livre irá limitar a máxima altura alcançada pela pluma de contaminantes ao lon-
go da coluna d’água. A quantificação da radiação solar incidente sobre a pluma é obtida
através de um modelo analítico proposto por MARTIN & MCCUTCHEON (1999),
onde sua validação é comprovada através de comparações com dados medidos em cam-
po.
O modelo NRFIELD, baseado na metodologia proposta por ROBERTS (1979) e
ROBERTS et al., (1989 I,II,III), é utilizado na modelagem do campo próximo. A mode-
9
lagem hidrodinâmica e do transporte de contaminantes é realizada pelo SisBAHIA®,
www.sisbahia.coppe.ufrj.br, desenvolvido na Área de Engenharia Costeira e Oceano-
gráfica da COPPE/UFRJ.
1.3. OBJETIVOS
Este trabalho tem como objetivo propor um acoplamento entre modelos de campo pró-
ximo e campo afastado, na avaliação do impacto provocado pelo lançamento de efluen-
tes domésticos em águas costeiras através de emissários submarinos. Entretanto, o ponto
chave em questão é a inclusão, na modelagem da pluma de coliformes, de um modelo
de decaimento bacteriano acoplado diretamente a um modelo de radiação solar. Através
do acoplamento entre todos estes modelos, pretende-se avaliar os impactos provocados
pelo lançamento do efluente considerando variações horárias dos diversos fatores ambi-
entais que intervêm na dispersão e decaimento da pluma de coliformes. Os objetivos
específicos traçados neste trabalho estão classificados por capítulos.
Capítulo 2:
• Discutir dos critérios utilizados na avaliação da qualidade das águas;
• Compilar dos principais microrganismos associados a doenças de veiculação hí-drica;
• Histórico dos indicadores de contaminação fecal e sua associação com microrga-nismos patogênicos;
• Comparar Escherichia coli e enterococos como indicadores de contaminação fe-cal.
Capítulo 3:
• Discutir os processos de mistura do efluente no meio. Esta etapa é dividida na modelagem das zonas de mistura ativa e passiva;
• Comparar a metodologia original do modelo de campo próximo NRFIELD (ROBERTS et al., (1989 I,II,III)), com uma mais atual (TIAN et al., (2004 I, II), DAVIERO & ROBERTS (2006) e TIAN et al. (2006)).
Capítulo 4:
• Discutir os principais fatores influentes no decaimento bacteriano no meio aquá-tico;
• Propor uma metodologia para a determinação do decaimento bacteriano em plu-mas de emissários;
• Apresentar os principais modelos de decaimento bacteriano encontrados na litera-tura;
• Comparar os diferentes modelos apresentados no cálculo das taxas de decaimento bacteriano;
• Estabelecer uma relação entre a taxa de decaimento bacteriano de coliformes e enterococos.
Capítulo 5:
• Abordar a questão da radiação solar como um dos elementos principais no deca-imento de microrganismos no meio aquático;
• Apresentar um modelo analítico proposto por MARTIN & McCUTCHEON (1999) para o cálculo da radiação solar;
• Comparar os valores de radiação calculados pelo modelo analítico com medições realizadas em campo.
Capítulo 6:
• Apresentar uma descrição da metodologia acoplamento entre os modelos hidro-dinâmico, campo próximo, campo afastado e decaimento bacteriano;
• Aplicar o acoplamento na avaliação das concentrações de coliformes, conside-rando o lançamento de esgotos em um canal retangular submetido a um escoa-mento unidirecional e uniforme.
Capítulo 7:
• Analisar a dispersão de efluentes domésticos através do lançamento simultâneo dos Sistemas de Disposição Oceânica do Rio Vermelho e Jaguaribe, localizados na região metropolitana de Salvador – BA, considerando a partir do acoplamento dos modelos a variação simultânea de diversas variáveis ambientais.
11
2. CRITÉRIOS PARA AVALIAÇÃO DA QUALIDADE DAS ÁGUAS PARA FINS RECREATIVOS
O uso da água para fins de recreação é definido como qualquer atividade humana en-
volvendo a imersão corporal, intencional ou acidental, em corpos d’água naturais ou
artificiais, vindo estes a serem caracterizados balneáveis ou não. Balneabilidade é a me-
dida das condições sanitárias das águas destinadas à recreação de contato primário, sen-
do este entendido como contato direto e prolongado com a água na qual a probabilidade
do banhista ingerir grandes quantidades de água é elevada.
Os corpos d’água naturais são caracterizados por águas doces, salinas ou salobras,
e são exemplificados respectivamente por rios, mares e estuários.
2.1. O PAPEL DA ÁGUA NA TRANSMISSÃO DE DOENÇAS
A água é normalmente habitada por vários tipos de organismos de vida livre e não para-
sitária que dela extraem os elementos indispensáveis à sua sobrevivência. Ocasional-
mente são aí introduzidos microrganismos patogênicos que constituem um perigo sani-
tário potencial. A água ainda é considerada como eficiente veiculador de doenças, por-
que não só pode conservar os agentes etiológicos, como os transporta a longas distân-
cias e tem fácil acesso ao corpo humano, externa e internamente.
Os microrganismos são células vivas encontradas em água naturais, poluídas ou
não. Apesar de toda sua complexidade e variedade, podem ser classificadas com base na
sua estrutura em dois grupos: procariontes e eucariontes. No mundo microbiano, as bac-
térias e cianobactérias são procariotos. Outros microrganismos celulares, tais como fun-
gos, compostos por leveduras e bolores, protozoários e algas são eucariotos
(TORTORA et al., 2000).
Os procariotos e os eucariotos são quimicamente similares. Ambos contêm ácidos
nucléicos, proteínas, lipídios e carboidratos, e utilizam os mesmos tipos de reações quí-
micas para metabolizar o alimento, formar proteínas e armazenar energia. Basicamente,
os procariotos se diferenciam dos eucariotos devido à estrutura das paredes celulares e
das membranas, e a ausência de organelas3.
Os eucariotos possuem estruturas lineares de DNA denominadas cromossomos
que são encontrados no núcleo das células e estão separados do citoplasma por uma
3 Organelas são estruturas celulares
12
membrana nuclear. A divisão das células eucarióticas ocorre através de um processo
conhecido como mitose, onde várias estruturas celulares participam de um tipo de divi-
são nuclear. As organelas existentes nestas células incluem mitocôndrias, retículo endo-
plasmático e, algumas vezes, cloroplastos (TORTORA et al., 2000).
Os procariotos não possuem núcleo organizado, nem organelas celulares envoltas
por membranas. A maior parte de seu material genético está incorporada em uma única
molécula circular de DNA. Reproduzem-se por fissão binária, onde seu DNA é duplica-
do e a célula se divide em duas (TORTORA et al., 2000).
As bactérias são organismos unicelulares relativamente simples, cujo material ge-
nético não está envolto por uma membrana nuclear especial. Por esta razão estes orga-
nismos são denominados procariotos, que em grego significam pré-núcleo. As bactérias
possuem tamanhos variados, que podem variar de 0,2 a 2,0 μm de diâmetro e de 2 a 8
μm de comprimento, em função de sua forma. Podem ser esféricas (cocos), em forma de
bastão (bacilos) e espirais (TORTORA et al., 2000).
Os cocos são normalmente redondos, mas podem ser ovais, alongados ou achata-
dos em uma das extremidades. Quando os cocos se dividem para se reproduzir, as célu-
las podem permanecer unidas umas às outras. Os cocos que permanecem em pares após
a divisão são denominados diplococos, enquanto os que permanecem ligados em forma
de cadeias são denominados estreptococos. Aqueles que se dividem em dois planos e
permanecem em grupos de quatro são conhecidos como tétrades. Os que se dividem em
três planos e permanecem unidos na forma de cubo são denominados sarcinas. Aqueles
que se dividem em múltiplos planos e formam cachos ou lâminas amplas são denomi-
nados estafilococos (TORTORA et al., 2000).
Os bacilos se dividem ao longo de seu eixo. Os diplobacilos aparecem em pares
após a divisão, e os estreptobacilos ocorrem em cadeias. Alguns bacilos são semelhan-
tes a gravetos. Outros ainda são ovais e similares aos cocos. Neste caso são denomina-
dos cocobacilos (TORTORA et al., 2000).
As bactérias espirais possuem uma ou mais curvaturas. As que possuem forma de
vírgula são denominadas vibriões. Outras bactérias, denominadas espirilos, possuem
forma helicoidal e corpo bastante rígido. As espiroquetas também possuem forma heli-
coidal, entretanto sua estrutura é flexível (TORTORA et al., 2000).
Além das três formas básicas de bactérias citadas nos parágrafos anteriores, exis-
tem formas estreladas (gênero Stella) e quadrangulares (gênero Haloarcula).
13
As bactérias são em sua maioria heterótrofas, necessitando obter compostos orgâ-
nicos elaborados por outros seres vivos. Existem, porém, bactérias com pigmento seme-
lhante à clorofila que são capazes de fabricar seu alimento através da fotossíntese.
Quanto à respiração, as bactérias podem ser aeróbias ou anaeróbias. Para as aeróbias, a
presença de oxigênio é imprescindível, enquanto que as anaeróbias podem ser estritas
ou facultativas (TORTORA et al., 2000).
Os fungos são organismos eucariotos, cujas células possuem um núcleo definido
que contém o material genético da célula (DNA), circundado pela membrana nuclear.
Podem ser uni ou multicelulares. Os fungos multicelulares grandes, como os cogumelos,
podem aparecer algumas vezes como plantas, mas não são capazes de realizar a fotos-
síntese, como a maioria das plantas. As leveduras, que são formas unicelulares dos fun-
gos, são microrganismos ovais maiores que as bactérias. A obtenção de alimentos pelos
fungos se dá através da absorção da matéria orgânica de seu ambiente, que pode ser o
solo, águas doces ou marinhas, um animal ou planta hospedeira (TORTORA et al.,
2000).
Os protozoários são microrganismos unicelulares eucariontes pertencentes ao
Reino dos Protistas, sendo classificados de acordo com o meio de locomoção. As ame-
bas se movimentam através de pseudópodes, enquanto outros protozoários fazem o uso
de numerosos cílios ou flagelos para sua locomoção. Os protozoários possuem uma va-
riedade de formas e vivem tanto como entidades livres, que absorvem ou ingerem com-
postos orgânicos de seu ambiente, ou como parasitas retirando nutrientes de hospedeiros
vivos (TORTORA et al., 2000).
Os vírus são acelulares. Estruturalmente muito simples, uma partícula viral con-
tém um núcleo formado por um único tipo de ácido nucléico, DNA ou RNA. Esse nú-
cleo é circundado por um envoltório protéico que algumas vezes é revestido por uma
camada adicional constituída por uma membrana lipídica, denominada envelope. Todas
as células vivas possuem DNA e RNA para poderem realizar as reações químicas e para
se reproduzirem como unidades auto-suficientes. Os vírus somente se reproduzem atra-
vés da utilização da maquinaria de outros organismos, sendo assim todos os vírus são
parasitas de outras formas de vida (TORTORA et al., 2000).
As principais fontes de microrganismos patogênicos provêm de dejetos, de origem
doméstica e animal, que afluem nos corpos d’água. Além disso, o aumento da concen-
tração de matéria orgânica pode resultar em um aumento das populações destes micror-
ganismos no meio aquático. O contato humano com águas contaminadas pode resultar
14
na transmissão de diversas doenças. Idosos, mulheres grávidas, crianças e pessoas com
sistema imunológico debilitado apresentam um maior risco na contração de doenças.
Além do mais, o consumo de frutos do mar coletados de águas poluídas pode resultar
em surtos de doenças gastrointestinais (MENDONÇA-HAGLER et al., 2001).
A seguir é realizada uma compilação dos principais microrganismos associados a
doenças de veiculação hídrica. As tabelas seguintes apresentam esta compilação, estan-
do subdivididas em: vírus, bactérias, protozoários, fungos e helmintos.
Tabela 4. Principais vírus associados a doenças de veiculação hídrica
Tabela 5. Principais bactérias associadas a doenças de veiculação hídrica
Bactérias Doenças Observações gerais / Sintomas Aeromonas (A. hydrophila. A. Caviae, A. sóbria).
Diarréia São gram-negativas, facultativamente bactérias anaeróbicas. Aeromonas hydrophila é uma das espécies de bactéria que está presente em solo e em todos os ambientes de água doce e salgada Pode causar gastrenterite em indivíduos saudáveis ou septicemia em indivíduos com sistemas imunes prejudicados. É associada também a infecções em ferimentos. (CANADIAN GUIDELINES, 1992)
Campylobacter sp.
Diarréia Invasora de animais de sangue quente. Necessita de gás carbônico para sua multiplicação. São sensíveis ao sal e vivem em águas com temperaturas de 30 – 47ºC, crescendo em 42ºC. A contami-nação se dá por via oral através da ingestão de água contaminada (PÁDUA, 2003). Os principais sintomas são: febre, cefaléia, dores musculares, mal-estar e dor abdominal em cólicas em volta do umbigo que pode ser confundida com apendicite.
Cyanobacteria Diarréia Ocorrem geralmente em corpos d’água com baixa turbulência, como por exemplo, lagos, onde sob condições específicas pode haver uma proliferação excessiva destas algas responsáveis pela produção de toxinas que podem causar parada respiratória e severos danos hepáticos. (CANADIAN GUIDELINES, 1992)
Legionella pneumoniae
Pneumonia São bactérias aquáticas gram-negativas, porém não podem ser usadas como indicadoras de conta-minação fecal. É causadora da legionelose que é uma infecção causada pela respiração dos aeros-sóis e pode se apresentar de duas formas distintas: pneumonia, e Febre Pontiac, correspondente a forma mais branda da doença. Os principais sintomas são febre, calafrios e tosse, que pode ser seca ou com pus. Pacientes podem ter dores musculares, dores de cabeça, cansaço, perda de apetite e, ocasionalmente, diarréia. Pessoas com a febre Pontiac têm febre e dores musculares, mas não tem pneumonia. Existem poucos dados disponíveis de incidência de doenças provocas por este microrganismo em corpos águas. (http://www.sfdk.com.br/ciencias_legionella.asp - acesso 22/02/2005)
Leptospira sp. Leptospirose É um gênero de microrganismos em forma espiralada, helicoidal, aeróbios e móveis e compreende duas espécies: L. biflexa e L. interrogans. São microrganismos de relevância em água, porque sua penetração através da pele pode causar no homem a leptospirose, que é uma zoonose, transmitida pela urina de ratos. A doença é caracterizada pela entrada do microrganismo através de lesões cutâneas ou pelas mucosas e posterior distribuição até órgãos como rins, fígado e sistema nervoso central. (http://www.sfdk.com.br/ciencias_leptospira.asp - acesso 22/02/2005)
Pseudomonas aeruginosa
Infecções São bastonetes curtos e Gram-negativos que apresentam resistência a agentes microbianos. Esta espécie tem sido a responsável pela maioria dos casos de doença infecciosa no homem, incluindo erupções cutâneas, otite externa e infecções nos olhos. Trata-se de um microrganismo oportunista, isto é, causa doença somente em condições especiais, quando o organismo humano, está debilitado
Vírus Doenças Observações gerais Hepatovirus Hepatite A Transmitida através da contaminação de água por estes microrganismos. Sintomas: febre, mal
estar, náusea, anorexia, desconforto abdominal, seguido por icterícia por várias semanas. (http://vm.cfsan.fda.gov/%7Emow/chap31.htm - acesso 22/02/2005)
Calicivirus Diarréia Ocorre através ingestão de água infectada por este microrganismo A contaminação também pode ocorrer de pessoa para pessoa. Os principais sintomas são: náuseas, vômitos, diarréia, e cólicas estomacais. (http://www.cdc.gov/ncidod/dvrd/revb/gastro/norovirus-qa.htm - acesso 22/02/2005)
Rotavirus Gastrenterite A forma primaria de transmissão é fecal-oral, através da ingestão de água contaminada. Os princi-pais sintomas são vômitos, diarréia aquosa, febre e cólicas abdominais. (http://www.cdc.gov/ncidod/dvrd/revb/gastro/rotavirus.htm - acesso 22/02/2005)
A contaminação ocorre mediante contato direto, transmissão fecal-oral, e ocasionalmente através da transmissão por água. Os sintomas de doenças respiratórias variam desde simples resfriados que podem evoluir até pneumonia e bronquite. (http://www.cdc.gov/ncidod/dvrd/revb/respiratory/eadfeat.htm - acesso 22/02/2005)
Bactérias Doenças Observações gerais / Sintomas por algum motivo. Não há registro de gastroenterite em humanos causada por esse microrganismo. (CANADIAN GUIDELINES, 1992)
Salmonella spp. Diarréia
Gram-negativas e membro da família das Enterobactérias. Apresenta uma boa correlação com os níveis de coliformes termotolerantes (fecais), tendo sido geralmente isolada em águas cujas concen-trações de coliformes superiores a 200 NMP/100ml. Crescem otimamente entre 35 e 37ºC e em pH entre 6,5 e 7,5. Apresentam boa resistência no meio aquático (PÁDUA, 2003). Os principais sinto-mas são caracterizados por diarréia, febre e cólicas abdominais, que aparecem 12 a 72 horas após a infecção. (CANADIAN GUIDELINES, 1992)
Shigella spp. Shigelose As Shigella são bacilos não-móveis Gram-negativos anaeróbios facultativos, pertencentes à família Enterobacteriaceae. Há várias espécies que podem causar disenteria, como S.dysenteriae (sinto-mas mais graves), S.flexneri, S.boydii e S.sonnei (menos grave). Infectam o ser humano através da ingestão de água contaminada. Os Sintomas iniciais são devidos à perda da capacidade de absor-ção de água, com diarréia aquosa. Mais tarde a necrose leva à disenteria, diarréia com sangue, pus e muco, acompanhada de febre, dores intestinais e dor ao evacuar as fezes (tenesmo). A extensão da hemorragia e o risco de peritonite são as principais complicações, assim como a desidratação excessiva. (http://pt.wikipedia.org/wiki/Disenteria_bacteriana - acesso 22/02/2005)
Vibrio paraha-emolyticus
Gastroenterite Microrganismo gram-negativo causador de gastrenterite no homem. Seu habitat é o ambiente marinho, razão pela qual pode ser veiculado por pescados e produtos do mar, provenientes de águas contaminadas com esse microrganismo. Os sintomas mais comuns são: diarréia, cãibras abdominais, dor de cabeça, febre baixa e calafrios. (http://www.sfdk.com.br/ - acesso 23/02/2005)
Vibrio vulnificus Infecções e gastroenterite
Microrganismo gram-negativo halofílico, causador de infecções em feridas, gastrenterite e uma síndrome grave conhecida por "septicemia primária". É encontrado no ambiente marinho, associado a várias espécies marinhas, como plâncton, crustáceos (ostras, mariscos, caranguejos) e moluscos. As infecções em feridas por V. vulnificus ocorrem através da contaminação de feridas abertas com água do mar contendo esse microrganismo. A gastrenterite é provocada pela ingestão de V. vulnifi-cus, resultando em sintomas diferentes das gastrenterites comuns, prevalecendo a febre, calafrios, náuseas e hipotensão. (http://www.sfdk.com.br/ - acesso 23/02/2005)
Vibrio Cholerae Cólera Microrganismo gram-negativo. Podem sobreviver e multiplicar-se em água por vários dias e sema-nas em pH variando de 4,8 a 11 (PÁDUA, 2003). Cólera é a síndrome causada pela ingestão de bactérias viáveis de Vibrio cholerae, que aderem à parede do intestino delgado e produzem a enterotoxina colérica. A enterotoxina altera o equilíbrio eletrolítico da mucosa intestinal do homem, causando uma diarréia aquosa, que pode ser muito intensa e levar a morte, se não tratada. (http://www.sfdk.com.br/ - acesso 22/02/2005)
Yersinia ente-rocolitica
Gastrenterite Bactérias entéricas invasoras e produtoras de toxina. Atingem animais de sangue quente, podendo ser encontrada em águas tropicais brasileiras, apesar de ser uma espécie adaptada a baixas tempe-raturas. A contaminação se dá através da ingestão de água contaminada (PÁDUA, 2003). Os sintomas variam de acordo com a idade. Em crianças, os sintomas são: febre, dores abdominais e diarréia, que pode ser sanguinolenta. Em crianças mais velhas e em adultos, os sintomas predomi-nantes são: dor abdominal no lado direito e febre.
Escherichia coli enteropatogêni-ca (EPEC)
Diarréia Causadora de surtos de diarréia neonatal que ocorre freqüentemente em berçários hospitalares. Muitos adultos possuem EPEC no trato intestinal, porém não expressam os sintomas da doença. Acredita-se que adultos adquirem imunidade a este microrganismo. (http://fernando.felix.vilabol.uol.com.br/trab/Ecoli.htm - acesso 26/11/2007)
Escherichia coli enteroinvasiva (EIEC)
Disenteria A EIEC tem um comportamento patológico muito semelhante a Shigella. Os sintomas são calafrio, febre, dores abdominais e disenteria. A dose infectante é alta, geralmente 106 – 108 microrganis-mos/g ou ml. O período de incubação varia de 8 a 24 horas com média de 11 horas e a duração da doença é usualmente de vários dias. (http://fernando.felix.vilabol.uol.com.br/trab/Ecoli.htm - acesso 26/11/2007)
Escherichia coli enterotoxigêni-ca (ETEC)
Diarréia Os sintomas de ETEC são similares aos da cólera: diarréia aquosa, desidratação, possivelmente choque, e algumas vezes vômito. A dose infectante é muito alta estando entre 108 e 1010 microrga-nismos. O período de incubação varia de 8 a 44 horas, com média de 26 horas. A duração da doença é curta: aproximadamente 24 a 30 horas. (http://fernando.felix.vilabol.uol.com.br/trab/Ecoli.htm - acesso 26/11/2007)
Escherichia coli enterohemorrági-ca (EHEC)
Diarréia Icterícia Anemia
A doença causada por infecção por EHEC é bastante severa e pode ser expressa por três manifes-tações diferentes: Colite hemorrágica, Síndrome urêmica hemolítica (HUS), e Trombocitopenia trombótica púrpura (TTP). Os sintomas da colite hemorrágica começam com o súbito início de uma forte dor abdominal, seguindo, dentro de 24 horas, de uma diarréia aquosa que mais tarde se torna diarréia de sangue. Síndrome urêmica hemolítica (HUS) é a complicação mais severa da infecção entérica. Clinicamente, pacientes com HUS apresentam-se seriamente doentes ou algumas vezes com icterícia e freqüentemente com hipertensão. Necessitam de hemodiálise freqüentemente e de transfusões de sangue. Os pacientes podem apresentar problemas no sistema cardiovascular e sistema nervoso central com infartes cardíacos, ataques repentinos de apoplexia, coma e encefalo-patias hipertensivas. Pode levar à morte. Trombocitopenia trombótica púrpura (TTP): é uma síndro-me que geralmente ocorre em adultos, e consiste de anemia hemolítica microangiopática, tromboci-topenia profunda, sinais neurológicos, febre e azotemia. Ocorre formação de coágulos sanguíneos, o que resulta frequentemente em morte. (http://fernando.felix.vilabol.uol.com.br/trab/Ecoli.htm - acesso 26/11/2007)
Estão relacionados à contaminação fecal, podendo também ser transmitida de pessoa para pessoa. Segundo (WHO/SDE, 1999), alguns surtos estão relacionados a corpos d’água rasos e pequenos. Tal contaminação se dá, geralmente em crianças, em função da ingestão acidental de água contami-nada por oocistos destes microrganismos. Os sintomas principais são: diarréia aquosa, escura e fétida; febre; náuseas; vômitos; dor abdominal e cefaléia. (CANADIAN GUIDELINES, 1992)
Giardia lambria Giardíase Transmitida através da ingestão acidental de água, podendo também ser transmitida de pessoa para pessoa. É mais resistente a cloração do que microrganismos indicadores, bactérias patogênicas e vírus. Os principais sintomas de doenças a ela relacionadas são diarréia e dor abdominal, podendo o quadro cronificar-se, acompanhado de fadiga, anemia, perda de peso, distensão abdominal. (CANADIAN GUIDELINES, 1992)
Entamoeba histolitica
Diarréia Seus cistos apresentam boa resistência em águas naturais. Surtos estão relacionados à ingestão de água contaminada (CANADIAN GUIDELINES, 1992). Os principais sintomas são: febre, dor abdomi-nal prolongada, diarréia com posterior disenteria (fezes com muco, pus e sangue), distensão abdo-minal e flatulência. Em casos mais graves, pode ocorrer anemia, necroses extensas da mucosa, colite ulcerativa, apendicite, perfuração intestinal e peritonite. (http://www.ufrgs.br/para-site/Imagensatlas/Protozoa/Entamoebahistolytica.htm - - acesso 23/02/2005)
Schistosoma mansoni
Esquistosso-mose
Ocorre em ciclo. No meio aquático os ovos do S. mansoni eclodem originando miracídios que irão parasitar um caramujo. Neste hospedeiro o miracídio se desenvolve, dando origem a cercárias. Na água, as cercárias parasitam o homem, penetrando-lhe a pele Os sintomas na fase aguda são: Febre, dor de cabeça, calafrios, sudorese, fraqueza, falta de apetite, dor muscular, tosse e diarréia, esse os sintomas da esquistossomose em sua fase aguda. O fígado e o baço também aumentam devido às inflamações causadas pela presença do verme e de seus ovos. Se não for tratada, a doença pode evoluir para sua forma crônica, onde a diarréia fica cada vez mais constante alternan-do-se com prisão de ventre e as fezes podem aparecer com sangue. (http://www.ufrgs.br/parasite/Imagensatlas/Animalia/Schistosoma%20mansoni.htm - acesso 22/02/2005).
Tabela 7. Principais fungos associados a doenças de veiculação hídrica.
Fungos / Leveduras
Doenças Observações gerais
Cândida spp. Infecções cutâneas
A Candida albicans está associada à contaminação recente da água, causando doenças ao ser humano cujas defesas estejam debilitadas. Não consegue sobreviver bem e por muito tempo, junto a outros organismos encontrados normalmente em água poluída. Já outras espécies tais como Candida tropicalis, C. krusei, Geotrichum spp, também são consideradas patogênicos oportunistas, estando freqüentemente presentes em águas poluídas (DE PÁDUA, 2003).
Tabela 8. Principais helmintos associados a doenças de veiculação hídrica.
Helmintos Doenças Observações gerais Trichuris spp. trichuríase A contaminação se dá pela ingestão de ovos, que podem estar presentes em águas contaminadas
por matéria fecal. Os ovos são muito resistentes no meio ambiente. A extremidade afilada do verme entra na mucosa duodenal, podendo causar úlceras, abscessos, permitindo invasão bacte-riana. Pode levar a anemia e diarréia. (http://members.tripod.com/themedpage/parasito-trichuris.htm - acesso 23/02/2005)
Ascaris spp. ascaridíase A Contaminação é idêntica ao Trichuris spp. Os seguintes sintomas são apresentados: no trato respiratório causam pneumonia difusa com febre, bronquite ascaridiana; no apare-lho digestivo causam cólica, dor epigástrica (ao redor do umbigo), má digestão, náu-seas, perda de apetite, emagrecimento; no sistema nervoso causa meningite, nervo-sismo, excitabilidade e irritabilidade aumentada, insônia, convulsões. (http://members.tripod.com/themedpage/parasito-ascardiase.htm - acesso 23/02/2005)
O comprometimento da qualidade dos recursos hídricos pela poluição pontual ou
não faz com que a água apesar de estar disponível em muitos locais, não apresente con-
dições mínimas de qualidade.
A poluição das águas é caracterizada pela adição de substâncias ou formas de e-
nergia que, direta ou indiretamente, alterem as características físicas e químicas do cor-
po d’água de maneira que prejudique a utilização de suas águas para usos benéficos
A água desempenha papel fundamental na veiculação de doenças infecciosas e parasitá-
rias, devendo ter seus parâmetros bacteriológicos avaliados para que se verifiquem suas
condições de potabilidade e balneabilidade. Apesar de serem conhecidos os microrga-
nismos responsáveis pela transmissão de doenças infecto-parasitárias, sua identificação
e quantificação em corpos d’água é laboriosa e cara. Além disto, na maioria dos casos, a
presença dos microrganismos patogênicos no meio aquático ocorre em número reduzi-
18
do, sendo necessário para sua detecção o exame de grandes volumes de amostra. Se-
gundo VON SPERLING (1996), tal razão deve-se aos seguintes fatos:
• Em uma população apenas uma determinada faixa da população apresenta doen-ças de veiculação hídrica;
• Nas fezes destes habitantes a presença de patogênicos pode não ocorrer em ele-vada proporção;
• Após o lançamento no corpo receptor ou no sistema de esgotos há ainda uma grande diluição do despejo contaminado.
Estas dificuldades foram solucionadas com a introdução do uso de microrganis-
mos indicadores de contaminação fecal. Isto é possível devido ao fato de os microrga-
nismos patogênicos serem eliminados pelas fezes de indivíduos doentes. Uma vez que o
intestino humano é habitado por vários outros microrganismos não patogênicos e em
maior número, decidiu-se pesquisar a presença destes em corpos d’água.
Os melhores indicadores da presença de microrganismos entérico-patogênicos em
fontes de poluição fecal devem atender as seguintes propriedades (CANADIAN
WORKING GROUP ON RECREATIONAL WATER QUALITY, 1992; MYERS et
al., 2007):
• Estar presente em grande quantidade em fezes humanas. Quantidade esta, muito superior a de microrganismos patogênicos;
• Ser incapazes de se reproduzirem no ambiente aquático, mas devendo apresentar resistência às condições ambientais semelhantes aos microrganismos patogêni-cos;
• Requerer na sua identificação técnicas laboratoriais simples e econômicas;
• Ser aplicáveis à de corpos de água doce, salgada e intermediária;
• Estar ausente, ou em quantidades muito pequenas, em águas não poluídas;
• Ter sua concentração diretamente relacionada ao grau de contaminação fecal;
• Ter sua concentração relacionada quantitativamente à incidência de doenças de veiculação hídrica.
Naturalmente, é muito difícil encontrar um microrganismo, ou grupo de micror-
ganismos, que atenda a maioria destes requisitos. Isso tem limitado o número de indica-
dores microbianos confiáveis de qualidade sanitária de águas (DE OLIVEIRA, 1990).
Segundo definição da Portaria/MS nº 518/2004, os coliformes totais são bacilos
gram-negativos, aeróbios ou anaeróbios facultativos, não formadores de esporos, oxida-
se negativos, capazes de desenvolver na presença de sais biliares ou agentes tensoativos
que fermentam a lactose com produção de ácido, gás e aldeído a 35,0 ± 0,5ºC em 24-48
19
horas, e que podem apresentar atividade da enzima ß-galactosidase. A maioria das bac-
térias do grupo coliforme pertence aos gêneros Escherichia, Citrobacter, Klebsiella e
Enterobacter, embora vários outros gêneros e espécies de bactérias também pertençam
ao grupo.
Na resolução CONAMA n° 20 de 1986 os coliformes totais ainda eram utilizados
na avaliação das condições de balneabilidade de águas doces, salobras e salinas. Entre-
tanto, neste grupo existem gêneros de bactérias, tais Klebsiella, Citrobacter, Enterobac-
ter e Aeromonas, que não são únicos às fezes animais e humanas, podendo estar presen-
tes também em águas não poluídas. O grupo dos coliformes totais reúne um grande nú-
mero de bactérias, entre elas a Escherichia coli, esta sim de origem exclusivamente fe-
cal e que dificilmente se multiplica fora do trato intestinal. Todas as bactérias igualmen-
te identificadas pelas técnicas laboratoriais como coliformes totais, podem ser encontra-
das no solo e nos vegetais, portanto, não é possível afirmar categoricamente que uma
amostra de água com resultado positivo para coliformes totais tenha origem exclusiva-
mente fecal.
A resolução CONAMA, nº 274 de 29/11/2000 passou a suprimir coliformes totais
como indicadores de contaminação na avaliação das condições de balneabilidade. Esta
resolução descrita na Tabela 10 a seguir, prescreve a avaliação da condição de balneabi-
lidade das praias através da medição das concentrações de um ou mais organismos indi-
cadores presentes nos dejetos humanos ou de animais de sangue quente. Estes números
são empregados na classificação do meio como próprio ou impróprio para banho. São
prescritos por esta resolução os seguintes microrganismos indicadores de poluição fecal,
que devem ser pesquisados para avaliação das condições de balneabilidade de águas
marinhas:
• Coliformes termotolerantes (fecais) e Escherichia coli
• Enterococos
O Número Mais Provável (NMP) de bactérias coliformes, variável chamada tam-
bém de Colimetria, deve ser entendido como um parâmetro que não visa avaliar o ime-
diato grau de contaminação por patogênicos de origem fecal, mas sim o potencial de
contaminação da água. Baseia-se na determinação empírica da concentração de colifor-
mes em um dado volume de água, pela formação e pela contagem das colônias destas
bactérias (NEVES, 2003).
20
Tabela 10. Limites de balneabilidade, segundo resolução CONAMA (Conselho Nacional do meio Ambiente) nº 274 de 29 de Novembro de 2000.
Categorias As águas consideradas próprias poderão ser subdivididas nas seguintes categori-as, quando em 80 % ou mais de um conjunto de amostras obtidas em cada uma das cinco semanas anteriores, colhidas no mesmo local, houver, no máximo (NMP):
Excelente 250 coliformes termotolerantes (fecais) ou 200 Escherichia coli ou 25 enterococcos por 100 ml;
Muito Boa 500 coliformes termotolerantes (fecais) ou 400 Escherichia coli ou 50 enterococcos por 100 ml;
Satisfatória 1000 coliformes termotolerantes (fecais) ou 800 Escherichia coli ou 100 enterococcos por 100 ml.
2.2.1. Coliformes termotolerantes (fecais) e Escherichia coli
Coliformes termotolerantes (fecais): Subgrupo das bactérias do grupo coliforme (coli-
formes totais). Este grupo inclui pelo menos quatro gêneros, Escherichia, Enterobacter,
Citrobacter e Klebsiella, dos quais os três últimos, não são obrigatoriamente de origem
fecal (NEVES, 2003).
Segundo resolução CONAMA nº 357 de 17/03/2005, coliformes termotolerantes
são bactérias gram-negativas, em forma de bacilos, oxidase negativas, caracterizadas
pela atividade da enzima β-galactosidase. Podem crescer em meios contendo agentes
tenso-ativos e fermentar a lactose nas temperaturas de 44-45ºC, com produção de ácido,
gás e aldeído. Além de estarem presentes em fezes humanas e de animais homeotérmi-
cos, ocorrem em solos, plantas ou outras matrizes ambientais que não tenham sido con-
taminados por material fecal.
Em laboratório, a distinção entre coliformes totais e termotolerantes (fecais) é fei-
ta pelo meio de cultura e pela temperatura. Os coliformes termotolerantes (fecais) conti-
nuam vivos mesmo a 44 ºC, enquanto os coliformes totais têm crescimento a 35 ºC.
O exame de excrementos animais de sangue quente, incluindo animais domésticos
e aves, mostrou que os coliformes termotolerantes (fecais) contribuem com 93 a 98,7%
da população de coliformes totais (GELDREICH, 1966 apud DE OLIVEIRA, 1990).
O que se tem informado como coliformes termotolerantes (fecais) até hoje pelos
laboratórios é uma leitura dos coliformes termotolerantes. Esse subgrupo inclui aqueles
coliformes que se desenvolvem a temperatura elevada (44,5 ± 0,2 ºC) sejam de origem
fecal ou ambiental. A tolerância de grau na temperatura é o fator de diferenciação entre
os subgrupos fecais e não fecais denominados, respectivamente, de termotolerantes e
termosensíveis. Entretanto as espécies dos gêneros Klebsiella e Enterobacter, embora
sejam agrupadas como coliformes termotolerantes (fecais), têm sido isoladas de ambi-
entes aquáticos não poluídos por matéria fecal. Com base nestas prerrogativas tem sido
21
sugerido o uso de Escherichia coli, de origem exclusivamente fecal, como indicador de
contaminação em corpos d’água.
Escherichia coli: Bactéria pertencente à família Enterobacteriaceae caracterizada pela
atividade da enzima β-glicuronidase. Produz indol a partir do aminoácido triptofano. É a
única espécie do grupo dos coliformes termotolerantes cujo habitat exclusivo é o intes-
tino humano e de animais homeotérmicos, onde ocorre em densidades elevadas
(CONAMA Nº 375, 2005). Esta bactéria faz parte da flora intestinal normal do homem,
estando sempre presente nas fezes sem causar nenhum sinal ou sintoma no hospedeiro, a
não ser em crianças pequenas ou pessoas, de alguma forma, debilitadas (PÁDUA,
2003). Embora apareça apenas em animais de sangue quente, a sua presença varia em
quantidades diferentes, porém sendo sempre predominante quando comparada aos ou-
tros possíveis coliformes termotolerantes (fecais). Em gatos e cavalos, poderá estar pre-
sente em até 100%, nos bovinos em 99,9%, no homem 96,8% e no porco 83,5% (PÁ-
DUA, 2003).
Atualmente, devido aos sistemas e testes de substratos cromogênicos, específicos
para algumas espécies utilizadas como parâmetros indicadores, a detecção de Escheri-
chia coli tornou-se mais simples que a de coliformes termotolerantes (fecais). Por dis-
pensar o uso de temperatura elevada (44,5 ± 0,2 ºC) que exige controle rígido de sua
variação, o teste para Escherichia coli utiliza meios aos quais são incorporados substra-
tos que possam ser hidrolisados por enzimas específicas da espécie (ALLEN, 1997).
Segundo PÁDUA (2003), avaliações da sensibilidade e confiabilidade desses tes-
tes têm sido feitas em todo o mundo, principalmente em regiões de climas tropicais e
subtropicais. Nestas regiões, os perfis de ocorrência de coliformes termotolerantes e de
Escherichia coli apresentam contornos característicos mostrando, cada vez mais, a qua-
lidade da espécie Escherichia coli como parâmetro de definição de impactos fecais.
A agência de proteção ambiental Norte Americana (U.S. E.P.A.) recomenda o uso
de Escherichia coli como indicador de contaminação fecal para águas doces recreacio-
nais. Em fezes humanas a contribuição da Escherichia coli é praticamente de 100%,
(96,8%), quando comparada com outros microorganismos ai presentes. Esse percentual
foi obtido em recente estudo sobre o Perfil de Coliformes Termotolerantes e de Escheri-
chia coli em diferentes amostras de água (CERQUEIRA et al, 1998). Foi também de-
monstrado pelo mesmo autor que Escherichia coli representa entre 90 e 100% das espé-
cies coliformes em fezes provenientes de animais domésticos.
22
Os testes para detecção de coliformes termotolerantes (fecais) e Escherichia coli
não indicam se tais organismos são de origem animal ou humana. Para que tal distinção
possa ser feita, deve ser levada em consideração à relação entre coliformes termotole-
rantes (fecais) (CF) e estreptococos fecais (EF). Se a relação CF/EF for maior do que
4,0 considera-se que a amostra apresenta contaminação fecal de origem humana. Caso
esta relação seja inferior a 1,0, a contaminação fecal é de origem animal. Para resultados
encontrados entre estes dois limites, algumas considerações a respeito da origem da
contaminação podem ser feitas. Valores entre 2,0 e 4,0 são de origem mista com pre-
domínio humano e valores situados entre 2,0 e 1,0 são de origem mista com predomínio
animal (DE OLIVEIRA, 1990).
Esta relação pode variar demasiadamente uma vez o efluente lançado em águas
naturais. Foram verificadas variações na relação inicial CF/EF de 2,7 para um mínimo
de 0,07 e para um máximo de 22,5 em um único experimento (DUTKA & KWAN,
1980).
Associação com patogênicos: Segundo CANADIAN WORKING GROUP ON
RECREATIONAL WATER QUALITY (1992), algumas tentativas têm sido feitas no
sentido de correlacionar coliformes termotolerantes (fecais) a patogênicos.
GELDREICH (1970) compilou resultados de diversos estudos, apresentados na Tabela
11, nos quais foram comparadas as concentrações de coliformes termotolerantes (fecais)
por 100 ml com a freqüência de ocorrência de Salmonella.
Tabela 11. Correlação entre concentração de coliformes termotolerantes (fecais) e ocorrência de Salmonella (GELDREICH,1970).
% Ocorrência Salmonella Concentração de coliformes termoto-
lerantes (fecais) (NMP/100 ml)
Água doce
Água estuarina
CF < 200 27,6 28,4 200 < CF < 2000 85,2 -
CF > 2000 98,1 60
Estudos realizados por MENON (1985) em águas estuarinas, recebendo efluentes
municipais e de indústrias alimentícias, indicaram a presença constante de Salmonella
spp para concentrações de CF superiores a 2000 NMP/100ml. Para concentrações infe-
riores a 200 NMP/100ml a ocorrência de Salmonella foi detectada ocasionalmente. De
maneira geral Salmonella estará presente em amostras contendo altas concentrações de
CF, porém a ausência destes não indica necessariamente a ausência tanto de Salmonella
quanto de outros agentes patogênicos.
23
Embora uma grande concentração de coliformes termotolerantes (fecais) possa in-
dicar a existência de vírus, não existe uma correlação significativa entre os níveis de
concentração de indicadores bacteriológicos e vírus. Contudo, a ausência de coliformes
termotolerantes (fecais) não garante que algumas espécies de vírus possam estar ausen-
tes em corpos d’água.
CHAMBERLIN (1982) observou, conforme ilustra Figura 6, uma boa correlação
entre as taxas de decaimento de bactérias do grupo coliforme e as taxas de decaimento
de patogênicos e vírus. Para taxas menores, os decaimentos de bactérias do grupo coli-
forme e de microrganismos patogênicos foram similares. O mesmo não ocorreu para
taxas mais elevadas, onde foi observada uma sobrevida maior para microrganismos pa-
togênicos.
Figura 6. Correlação entre as taxas de decaimento de bactérias do grupo coliforme e as taxas de decaimento de
patogênicos e vírus. As taxas de decaimento foram estimadas por CHAMBERLIN (1982) baseadas em dados de BAROSS et al. (1975) – Δ ; McFETERS et al.(1974) - +, McCAMBRIDGE & Mc MEEKIN (1981) – ○ , LANDTRIP (1983) – ● e KAPUSCINSKI & MITCHELL (1981) – □.A linha indicada na figura represen-ta os pontos onde as taxas de decaimento de coliformes e patogênicos são equivalentes.
Estudos epidemiológicos relacionados: Segundo CANADIAN WORKING GROUP
ON RECREATIONAL WATER QUALITY (1992), a Escherichia coli tem sido utiliza-
da nos principais estudos epidemiológicos relacionados à balneabilidade em corpos de
água doce. A partir de dados coletados pode ser estimado o risco de contração de doen-
ças gastrointestinais em função da concentração de Escherichia coli. Tal relação é dada
através da seguinte equação, onde y é o risco de contaminação por 1000 banhistas e x a
contagem de Escherichia coli por 100ml:
9, 40log –11,74y x= Com base na equação acima verifica-se que para concentrações inferiores a 800
E.coli/100ml uma probabilidade de contaminação de aproximadamente 2%. A Agência
24
de Proteção Ambiental Norte Americana (U.S. E.P.A.) recomenda que a média geomé-
trica de 30 dias não deve exceder 126 E.coli/100ml ou 33 enterococos/100ml. Cabe res-
saltar que tais indicadores são convenientes apenas para indicar o risco de contrair de
doenças gastrointestinais, que representam aproximadamente apenas 30% do total das
doenças associadas ao contato primário da população com corpos d’água. Tanto Esche-
richia coli quanto enterococos não estão relacionados a doenças respiratórias e dermato-
lógicas causadas por Pseudomonas e Staphylococcus.
2.2.2. Enterococos
São bactérias gram-positivas do grupo dos estreptococos fecais pertencentes ao gênero
Enterococcus caracterizado pela alta tolerância às condições adversas de crescimento,
tais como a capacidade de crescer na presença de 6,5 % de cloreto de sódio, em pH óti-
mo de 9,6, e nas temperaturas de 10 a 45ºC. A maioria das espécies de enterococos é de
origem fecal humana, embora possam ser isoladas de fezes de animais (CONAMA, nº
274 de 29/11/2000).
Os estreptococs fecais são utilizados como um indicador de poluição fecal em á-
guas recreacionais (WHO, 2003). Adicionalmente, as espécies de estreptocos se
distinguem basicamente em espécies provenientes de fezes animais e humanas
(RUTKOWSKI & SJOGREN, 1987; POUCHER et al., 1991 apud WHO, 2003). Além
dissso a taxionomia deste grupo tem estado sujeita a uma revisão extensiva (RUOFF,
1990; DEVRIESE et al., 1993; JANDA, 1994; LECLERC et al., 1996 apud WHO,
2003). Este grupo contem espécies de dois gêneros: Enterococcus e Streptococcus
(HOLT et al., 1993 apud WHO, 2003) . Apesar de diversas espécies de ambos os
gêneros estarem designidas sob o termo enterococos (LECLERC et al.,1996 apud
WHO, 2003), as espécies mais predominantes em ambientes aquáticos poluídos são
enterococcus faecalis, enterococcus faecium e entercoccus durans (VOLTERRA et al.,
1986; SINTON & DONNISON, 1994; AUDICANA et al., 1995; BORREGO et al.,
2002 apud WHO, 2003).
O uso de enterococos é recomendado como indicador de contaminação fecal em
águas salgadas, uma vez que estes sobrevivem por mais tempo que o Escherichia coli
tanto no meio aquático, quanto associado a sedimentos. Os enterococos são mais resis-
tentes à cloração e salinidade, devendo desta forma, ser indicadores mais sensíveis de
enteropatogênicos e vírus. Além disto, há uma forte correlação entre a concentração de
25
enterococos em águas marinhas o risco de contração de doenças gastrointestinais
(CANADIAN WORKING GROUP ON RECREATIONAL WATER QUALITY,
1992).
Estudos epidemiológicos relacionados: A partir de dados coletados em águas mari-
nhas foi equacionada uma relação entra a concentração de entecoccos por 100 ml de
amostra (x) e o risco de contração de doença gastrointestinal (y). Esta relação é dada por
(CANADIAN WORKING GROUP ON RECREATIONAL WATER QUALITY,
1992):
0, 20 12,17 logy x= +
Analisando a equação acima estima-se que em águas impróprias, de acordo com a
resolução CONAMA n° 274/2000 com concentrações superiores a 100 enteroco-
cos/100ml, apresentam uma probabilidade de contaminação acima de 2,5 %. A Agência
de Proteção Ambiental Norte Americana (EPA-USA) estabelece para águas marinhas a
concentração do número mais provável de 35 enterococos /100ml, baseada na média
geométrica de no mínimo cinco amostras coletadas em um período de trinta dias, ao
longo do período de maior balneabilidade. Tal média corresponde ao risco de contração
de doença gastrointestinal de 1 a 2 % .
Apesar dos enterococcos serem convenientes para indicar o risco de contaminação
de doenças gastrointestinais, estes microrganismos não apresentam correlação significa-
tiva com risco de contração de doenças respiratórias ou dermatológicas.
2.3. COMPARAÇÃO ENTRE E. COLI E ENTEROCOCOS COMO INDICADORES DE CONTAMINAÇÃO FECAL
Os enterococos são utilizados como indicador de contaminação fecal em águas costeiras
norte americanas (WHO, 2003). Entretanto são encontradas no esgoto bruto concentra-
ções de coliformes termotolerantes (fecais) pelo menos duas ordens de grandeza superi-
ores à concentração de enterococos (METCALF & EDDY, 1991 apud BORGES, 2003).
Adicionalmente, em amostras coletadas em praias e corpos d’água poluídos no Rio de
janeiro, indicaram concentrações de coliformes termotolerantes (fecais) de quatro a oi-
tenta vezes superiores à de enterococos (HAGLER et al., 1986 apud ARAUJO, 1990).
Isto torna o primeiro um indicador mais sensível na diferenciação dos níveis de polui-
ção.
26
Os enterococos apresentam uma resistência maior aos efeitos da salinidade do que
os coliformes termotolerantes (fecais), devendo ser melhores indicadores de poluição
fecal menos recente ou algum tipo de poluição não fecal. Segundo ARAUJO et al.
(1990), a significância sanitária das baixas concentrações de enterococos são dubitáveis
devido ao fato de que algumas de suas espécies não são necessariamente de origem fe-
cal, ou são originadas de solos ou outros substratos.
CABELLI et al. (1983), correlacionou os principais indicadores de contaminação
fecal com sintomas de doenças gastrointestinais adquiridas por indivíduos, uma vez em
contato com corpos d’água naturais. Neste estudo verificou-se uma correlação da ocor-
rência de doenças gastrontestinais com a concentração de enterococos superior a corre-
lação observada com a concentração de Escherichia coli. Em outros estudos realizados
por CABELLI (1983), verificou-se em águas contaminadas por efluentes sem tratamen-
to prévio, uma correlação semelhante de Escherichia coli e enterococos com a incidên-
cia de doenças gastrointestinais. Apesar de não serem tecidas maiores considerações a
esse respeito por CABELLI (1983), de acordo com este autor uma explicação para esta
semelhança pode residir na natureza e na proximidade das fontes de poluição. Por ser
uma bactéria gram-negativa, a E.coli parece apresentar uma menor resistência à ação de
agentes bactericidas existentes nos diversos níveis de tratamento de águas residuárias. A
inexistência de tratamento pode resultar em maiores concentrações de E.coli no meio, e
com isto, proporcionar uma correlação a incidência de doenças gastrointestinais, compa-
rável a de enterococos.
O uso de coliformes como parâmetro de qualidade possui limitações, incluindo o
fato de não serem indicadores convenientes de patogênicos de origem humana não fe-
cal, tais como Pseudonomas aeruginosa e Staphylococcus aureus. Desta forma são ne-
cessários parâmetros microbiológicos adicionais no sentido de complementar o uso de
coliformes termotolerantes (fecais) para avaliar a qualidade das águas (MENDONÇA-
HAGLER et al., 2001).
Bactérias patogênicas foram geralmente encontradas em amostras que não esta-
vam de acordo com os padrões de qualidade de águas. Deste modo pode-se observar
uma correlação positiva destas bactérias com os níveis de coliforme. Embora em alguns
casos não tenha ocorrido a identificação de Salmonella em águas com altos índices de
contaminação fecal, houve, em contrapartida, detecção deste patogênico em amostras
cujos níveis de coliformes eram aceitáveis (MENDONÇA-HAGLER et al., 2001).
27
Apesar de algumas limitações, a contagem de coliformes termotolerantes (fecais)
ainda é um bom indicador de contaminação fecal recente em corpos d’água. Porém,
avaliações complementares podem e devem ser utilizadas em localidades cujas águas
estejam de acordo com os padrões de qualidade. Como avaliação adicional inclui-se o
uso de métodos complementares para detecção de microrganismos de origem não fecal,
tais como bactérias heterotróficas, leveduras e Staphylococcus aureus. A enumeração de
S. aureus seria útil no monitoramento da qualidade de águas no sentido de se evitar in-
fecções cutâneas e oculares (ARAUJO et al., 1990).
ARAUJO et al. (1990) observaram, em corpos d’água costeiros na cidade do Rio
de Janeiro, a presença de S. aureus em águas consideradas boas de acordo com os pa-
drões de balneabilidade. Estes autores sugerem a enumeração destes microrganismos
como parâmetro complementar do índice de coliformes termotolerantes (fecais), no mo-
nitoramento de águas balneáveis. Os coeficientes de correlação entre S. aureus e estrep-
tococos termotolerantes (fecais) foram similares à correlação entre S. aureus e colifor-
mes termotolerantes (fecais). Em águas limpas a contagem de estreptococos fecais ex-
cedeu a de coliformes termotolerantes (fecais). Entretanto tal contagem incluía espécies
não obrigatoriamente associadas à poluição fecal. Neste estudo foram coletadas amos-
tras de águas doces e marinhas em diversos pontos situados ao longo da costa da cidade
do Rio de Janeiro, conforme ilustra a Figura 7. Nestas amostras foram determinadas as
concentrações de coliformes totais e termotolerantes (fecais) e estreptococos.
Figura 7. Pontos de monitoramento dos indicadores de contaminação fecal, indicados na Tabela 2. Amostragens
realizadas entre Dezembro de 1985 e Junho de 1986 (ARAUJO et al.,1990).
A partir da Tabela 12 pode-se observar a correlação entre coliformes e estreptoco-
cos fecais. Em águas marinhas não poluídas e em águas de piscinas cloradas, as concen-
28
trações de estreptococos fecais, incluídas espécies de origem não fecal, foram superiores
à concentração de coliformes. Os dados obtidos nestes estudos revelam um uma melhor
correlação de Staphylococcus aureus com estreptococos fecais. Segundo ARAUJO et
al. (1991), alguns biótipos de estreptococos de origem não fecal podem crescer no meio
utilizado na contagem de estreptococos fecais.
Tabela 12. Valores médios por 100 ml de água coletada. CT – coliformes totais; CF - coliformes termotolerantes (fecais); EF - estreptococos fecais (ARAUJO et al. 1990). As concentrações sombreadas são considera-das impróprias de acordo com a resolução CONAMA nº 274 de 29/11/2000.
Local CF EF CF/EF
1 Ilha do Fundão - Em frente ao Centro de Ciências de Saude 4.2E+4 2.1E+3 19.95 2 Ilha do Fundão - canal poluído entre Ilha do Fundão e Linha Vermelha 6.8E+5 8.1E+3 83.18 3 Piscina do Instituto de Educação Física da UFRJ 1.4E+0 2.6E+1 0.05 4 Botafogo - Parque do Flamengo em frente monumento Estácio de Sá 5.0E+2 7.4E+1 6.76 5 Praia do Leme - Em frente à rua Julio Noronha 6.2E+2 2.1E+2 2.88 6 Praia do Leblon - Posto 12 2.8E+2 7.1E+1 3.98 7 Parque Nacional da Floresta da Tijuca - Lago das Fadas 2.5E+2 1.6E+2 1.58 8 Parque Nacional da Floresta da Tijuca - 200 m à montante do estacionamento 1.2E+2 2.2E+2 0.54 9 Praia de São Conrado - Em frente à rua Josc. Tijurs 2.5E+1 5.4E+1 0.46 10 Praia da Barra da Tijuca - Em frente à Avenida Alvorada 1.4E+1 1.7E+1 0.83 11 Praia da Barra da Tijuca - 4,4 Km a oeste da Avenida Alvorada 3.2E+0 2.2E+1 0.14 12 São Conrado - Canal na Avenida Aquarela do Brasil 6.6E+6 6.0E+5 10.96 13 Alto da Boa Vista - Rio da Cachoeira 9.5E+4 2.7E+4 3.55 14 São Conrado - Córrego ao longo da Avenida Jaime Silvado 9.8E+3 4.7E+3 2.09
15 Parque Nacional da Floresta da Tijuca - acima da cachoeira da capela Mayrink 1.5E+3 5.8E+2 2.63
16 Parque Nacional da Floresta da Tijuca - Recanto dos Pintores 6.2E+2 5.1E+2 1.20
Estudo semelhante foi realizado por MOTTA et al. (2003) na Praia de Camburí
em Vitória (ES). As análises de enterococos, coliformes termotolerantes (fecais) e Es-
cherichia coli mostraram-se eficientes na detecção de contaminação fecal. Conforme
ilustra Figura 8, os pontos considerados impróprios para banho apresentaram limites
superiores aos estabelecidos pelo CONAMA para todos os indicadores acima mencio-
nados. Os pontos considerados próprios atenderam as condições de balneabilidade para
todos os indicadores estudados.
29
Figura 8. Resultados da análise de Enterococos, Escherichia coli e Coliformes termotolerantes em diferentes pontos
da praia de Camburi, Vitória/ES ( MOTTA et al., 2003).
Enterococos e coliformes termotolerantes (fecais) não são microrganismos exclu-
sivamente de origem entérica. Estes dois grupos de indicadores podem se multiplicar
em águas provenientes de despejos industriais, com altos teores de nutrientes orgânicos.
Escherichia coli e enterococos não estão sempre associados a despejos industriais, po-
rém é possível que sejam capazes de se multiplicar em solos de localidades tropicais
(WHO, 1999).
A maioria dos estudos que aconselham o uso de coliformes foi realizada em países
de climas temperados e frios. Em áreas tropicais a superfície do solo e as plantas, fre-
qüentemente excedem 44,5ºC. Esta temperatura é usada como fator crítico para conta-
gem de coliformes termotolerantes (fecais). Como grande parte dos microrganismos
aquáticos é proveniente do solo, grupos deles adaptados a temperaturas elevadas podem
interferir na quantificação de coliformes termotolerantes (fecais) e não indicar realmente
a influência antrópica (HAGLER & AHEARN, 1987; HAGLER et al., 1986 apud DE
OLIVEIRA, 1990). Cabe ressaltar que não são verificadas tais temperaturas em águas
costeiras e oceânicas. Deste modo, nestes ambientes, não ocorrem interferência na quan-
tificação destes microrganismos em função de temperaturas elevadas.
Experimentos realizados em Porto Rico (VALDEZ-COLLAZO, 1987 apud DE
OLIVEIRA, 1990) para avaliar a sobrevivência in situ de Candida albicans e E.coli em
águas fluviais e marinhas, poluídas ou não, demonstraram que estes microrganismos
podem sobreviver por longo período nestes ambientes.
No trabalho realizado por DE OLIVEIRA (1990) em águas tropicais no estuário
do Rio Paraíba do Norte na cidade de João Pessoa – PB verificou-se uma elevada corre-
30
lação de E.coli com os demais indicadores utilizados neste trabalho, compostos basica-
mente por bactérias heterotróficas, estreptococos fecais, coliformes termotolerantes (fe-
cais) e totais e leveduras. O estuário do Rio Paraíba do Norte possui um conjunto de
características hidrológicas e microbiológicas associadas às condições climáticas, que o
diferencia dos demais ecossistemas semelhantes localizados em áreas de climas tempe-
rados e subtropicais. Os resultados obtidos confirmam aqueles de outros autores, que
propõem a utilização de coliformes termotolerantes (fecais) como indicadores potenci-
ais de riscos para saúde dos banhistas, indicando poluição fecal recente e a probabilida-
de dos locais poluídos estarem enriquecidos com organismos patogênicos.
A Tabela 13 a seguir apresenta, de maneira geral, os prós e contras da utilização
dos principais indicadores de contaminação fecal (WHO, 1999).
Tabela 13. Prós e contras dos diversos indicadores de poluição fecal (WHO, 1999).
Indicador Prós Contras
Estreptococos fecais / Enterococos
• Mais persistente em água e sedimentos do que coliformes
• A identificação de EF pode ser mais barata do que a de enterococos
• Pode não ser válido para águas tropicais devido a capacidade de crescimento em solos.
Coliformes termotole-rantes (fecais)
• Indicador de contaminação fecal recen-te
• Possivelmente não conveniente para águas tropicais devido a possibilidade de crescimento em solo e água.
• Pode ser confundido com microrganis-mos de origem não fecal
Escherichia coli • Indicador de contaminação fecal recen-te
• Indicador potencial de contaminação exclusivamente fecal
• Identificação rápida e simples através de testes de substratos cromogênicos
• Possivelmente não conveniente para águas tropicais devido à possibilidade de crescimento em solo e água.
Nenhum indicador é efetivamente perfeito. Aqueles destinados a determinar a
contaminação fecal certamente não funcionam como indicadores adequados de poluição
local, devido ao fato de poderem ser de origens diferentes (NEVES, 2003). Cabe ressal-
tar com base em todas as prerrogativas acima descritas, que o uso de E.coli como indi-
cador de contaminação fecal, é pertinente em águas costeiras tropicais. O uso de entero-
cocos, recomendado pela EPA – USA e outros microrganismos indicadores adicionais
mencionados no item 2.4.4 a seguir podem ser utilizados no sentido de complementar o
monitoramento da qualidade das águas.
2.4. INDICADORES COMPLEMENTARES DE POLUIÇÃO E CONTAMINA-ÇÃO FECAL
Além de bactérias, a microflora de fezes de animais de sangue quente contém uma
quantidade considerável de bolores, leveduras, vírus e protozoários, que podem ser con-
31
siderados como indicadores potenciais de poluição e contaminação fecal. Como qual-
quer destes grupos pode conter agentes patogênicos para seres humanos, eles podem ser
usados direta ou indiretamente para medir a existência de perigos para saúde pública,
quando veiculados por água ou alimentos (DE OLIVEIRA, 1990). A seguir são descri-
tos separadamente os seguintes indicadores adicionais:
2.4.1. Leveduras
São microrganismos heterotróficos, saprófitos ou parasitas secundários que se encon-
tram largamente distribuídos na natureza. Estão presentes em águas doces, estuarinas, e
marinhas. A população de leveduras é geralmente maior em águas doces do que em
águas marinhas e estuarinas (DE OLIVEIRA, 1990).
A contagem de leveduras tem sido sugerida como complemento na contagem de
coliformes. As leveduras apresentam elevada capacidade de sobrevivência em águas
marinhas ou cloradas, podendo fornecer evidências de eutrofização de águas devido ao
lançamento de matéria orgânica de qualquer natureza (HAGLER et al., 1986).
A concentração de leveduras é proporcional ao grau de poluição do corpo d’água.
Em águas típicas de mar aberto, são encontradas geralmente menos de 10 colônias por
litro. Lagos e águas marinhas não poluídas normalmente apresentam contagens inferio-
res a 100 colônias por litro. Entretanto a associação com plâncton, correntes, poluição e
outros fatores pode aumentar esses valores. Lagos mesotróficos, rios e águas costeiras
marinhas apresentam enumerações entre 100 e 500 leveduras / litro. Em águas com ní-
veis de poluição aceitáveis para uso recreacional, a contagem normalmente varia numa
faixa de 500 a 1000 células / litro e em águas eutróficas as contagens situam-se acima
de 1000 células / litro. A população de leveduras em esgotos oscila em torno de 105
células / litro, sendo que contagens superiores a 2.108 têm sido descritas (HAGLER &
AHEARN, 1987; VAN UDEN & AHEARN, 1963 apud DE OLIVEIRA, 1990).
Pesquisas realizadas em águas brasileiras marinhas e estuarinas, com diferentes
níveis de poluição, apresentaram níveis de correlação de leveduras com estreptococos
fecais e coliformes totais e termotolerantes (fecais) superiores a 0,90 (ARAUJO et al.,
1990).
Em áreas adjacentes a áreas urbanas poluídas por esgotos domésticos são encon-
tradas altas concentrações de leveduras com predominância de Candida krusei, C. tro-
picalis, Rhodotorula glutinis, C. parapsilosis, Trichosporum cutaneum, Saccharomyces
32
exigus e sua amorfa Candida holmii (HAGLER & MENDONÇA-HAGLER, 1981;
HAGLER et al., 1981 apud DE OLIVEIRA, 1990).
A espécie Candida albicans tem sido proposta como indicador de poluição de ex-
crementos de animais de sangue quente (VALDEZ-COLAZZO et al., 1987; BUCK et
3. PROCESSOS DE MISTURA DO ESGOTO NO MAR No processo de mistura inicial do esgoto com a água ambiente, há duas regiões com
características cujas escalas espaciais e temporais são marcadamente distintas. A pri-
meira ocorre no campo próximo da linha difusora do emissário, na chamada zona de
mistura ativa. Esta região é caracterizada por intensa turbulência, onde a circulação hi-
drodinâmica é extremamente influenciada pelo jato efluente da tubulação difusora, pelas
forças de empuxo, pelo escoamento ambiente. Na medida em que se afasta da linha di-
fusora, a pluma ejetada vai se misturando com a água ambiente, até tornar-se neutra. Na
segunda região, então chamada de campo afastado ou zona de mistura neutra, a pluma
neutra é transportada passivamente pelas correntes oceânicas. É nesta região que se faz
necessária a implementação da cinética de decaimento bacteriano, que compreende a
inclusão e validação do modelo de radiação solar. Devido às diferenças de escoamento
entre as zonas de mistura ativa e passiva, são adotadas metodologias de modelagem
específicas para cada zona.
3.1. MODELAGEM DA ZONA DE MISTURA ATIVA NO CAMPO PRÓXIMO
Existem diversos modelos que foram especialmente desenvolvidos para a modelagem
do campo próximo. O Visual Plumes disponibilizado pela Agência de Proteção Ambi-
ental Norte Americana (USEPA- United States Environmental Protection Agency) pos-
sui em sua interface os modelos UM3 e o RSB. O modelo UM3 é um modelo lagrange-
ano de arrasto tridimensional (“entrainment model”) desenvolvido por FRICK et al.,
(2000) (apud CARVALHO, 2003). O RSB, chamado atualmente de NRFIELD, utiliza
formulações semi-empíricas baseadas nos experimentos realizados por ROBERTS
(1979) e ROBERTS et al., (1989) para ambientes homogêneos e estratificados, respec-
tivamente. O modelo CORMIX (“Cornell Mixing Zone Expert System”) é composto
por várias rotinas para analisar a geometria e a diluição na zona de mistura. O subsiste-
ma CORMIX 2 (AKAR & JIRKA, 1991 apud CARVALHO, 2003) é utilizado para
simular a pluma originada de difusores compostos por múltiplas portas5. De acordo com
CARVALHO et al., (2002), de maneira geral as descargas típicas de emissários subma-
rinos apresentam possuem fluxo de momentum reduzido. Isso torna pouco relevante a
orientação dos jatos lançados no ambiente marinho na determinação das características
5 Estes difusores se tratam de tubulações lineares com portas ou orifícios regularmente espaçados, que permitem a injeção de jatos turbulentos no corpo d’água receptor.
35
da pluma no campo próximo. Os modelos NRFIELD e UM3 permitem a inserção de um
perfil qualquer de densidade nas simulações. No modelo CORMIX, o usuário tem qua-
tro possibilidades de escolha do perfil de densidades: uniforme; linear; duas camadas; e
duas camadas com a densidade da camada inferior variando linearmente.
Estudos de campo avaliando a eficiência dos modelos de campo próximo são ra-
ros. CARVALHO et al., (2002) compararam resultados dos modelos supracitados com
medições realizadas em campo nas cercanias do emissário submarino de esgotos de Ipa-
nema (RJ) em situações de coluna d’água estratificada e homogênea. Em linhas gerais
os três se mostraram eficientes para determinar as principais características da pluma.
Entretanto, de acordo com os resultados apresentados, o modelo NRFIELD foi o que
apresentou as melhores estimativas da altura terminal alcançada pela pluma ao longo da
coluna d’água. ROBERTS et al., (2002) também observaram uma boa concordância dos
resultados obtidos por este modelo com medições realizadas em campo nas cercanias do
emissário de Boston (E.U.A.). Considerando que a determinação da máxima elevação
alcançada pela pluma é de extrema relevância na quantificação da radiação solar inci-
dente sobre a mesma, e conseqüentemente na determinação da taxa de decaimento bac-
teriano, a utilização do modelo RSB ou NRFIELD é recomendável.
Como dito, na região de campo próximo a circulação hidrodinâmica é extrema-
mente influenciada pelo jato efluente da tubulação difusora do emissário submarino. A
grande difusão turbulenta característica do campo próximo mistura ativamente as águas
do ambiente com as emitidas pelo jato.
Segundo ROBERTS (1979), o processo dispersivo do efluente possui três diferen-
tes fases. A primeira é a fase de diluição inicial, onde as forças de empuxo, quantidade
de movimento do efluente e os efeitos dinâmicos das correntes locais, resultam em uma
rápida mistura e diluição do contaminante no corpo d’água receptor. A segunda fase é
representada pelo espalhamento dinâmico horizontal e o colapso vertical da pluma após
alcançar sua altura terminal. A última fase consiste na difusão turbulenta passiva e na
advecção produzidas pelas correntes oceânicas na região de campo afastado.
Como os efluentes sanitários possuem uma massa específica inferior à da água do
mar, o cone de mistura então formado irá se elevar em direção à superfície livre, poden-
do atingi-la ou não, dependendo das variações verticais de densidade entre o ponto de
lançamento do efluente e a superfície.
O efluente proveniente do orifício difusor possui uma determinada quantidade de
movimento, e é impulsionado para cima pelas forças de empuxo. Tal efluente passa
36
então a se deslocar sob ação das correntes marinhas, sendo sua massa misturada à massa
do corpo d’água receptor pelo fenômeno de carreamento (“entrainment”), que se pro-
cessa por toda a superfície externa do jato. Desta forma, a água do mar penetra no inte-
rior do jato efluente modificando sua distribuição de concentrações ao longo da seção
transversal da pluma.
ROBERTS (1979) desenvolveu uma metodologia para modelos de campo próxi-
mo, nas situações onde a densidade do corpo d’água receptor é homogênea ao longo da
coluna d’água. Posteriormente, os experimentos realizados por ROBERTS et al. (1989),
passaram a considerar também os efeitos da variação vertical de densidade, na modela-
gem do campo próximo. Todas as formulações que serviram de base para o desenvol-
vimento do NRFIELD (ROBERTS, 1979 e ROBERTS et al., 1989) foram originadas a
partir de experimentos cujas medições para determinação das características da pluma
eram realizadas pontualmente.
Experimentos realizados por TIAN et al. (2004 I, II, 2006 I, II) e DAVIERO &
ROBERTS (2006) passaram a incorporar a utilização de modelos físicos que utilizam
um sistema de fluorescência tridimensional induzida a laser (3DLIF – “Three-
Dimensional Laser-Induced Fluorescence”). Este sistema possui como vantagem a ob-
tenção instantânea, espacial e temporal, do campo de concentrações ao longo de seções
da pluma pré-estabelecidas. Maiores detalhes com relação a este sistema empregado
podem ser obtidos em TIAN (2002) (apud TIAN et al., 2004). Em todos os experimen-
tos foram considerados difusores em forma de “T”, conforme ilustra esquematicamente
a Figura 9.
Figura 9. Difusores com saídas em forma de “T” (adaptado TIAN et al., 2004)
As características da pluma são constituídas pela diluição (Sn), altura do topo da
pluma em relação ao fundo (zm), espessura (hn), e o comprimento da região de mistura
inicial (campo próximo) (xn). Esta região é delimitada até o ponto, a partir da tubulação
difusora, onde a diluição (Sn) passa a não sofrer variações significativas. Estas caracte-
rísticas dependem de fatores ambientais e de parâmetros relativos à tubulação difusora.
37
Os fatores ambientais são constituídos pelas correntes atuantes na tubulação difusora (u)
e pelas variações verticais de densidade entre a superfície livre e o ponto de lançamento
do efluente (dρ/dz). Os parâmetros relativos à tubulação difusora são representados pela
profundidade de lançamento do efluente (H), diâmetro dos orifícios do difusor (d), es-
paçamento entre orifícios (s), e velocidade de lançamento do efluente (uj).
A descarga através de uma unidade de comprimento da tubulação difusora pode
ser caracterizada pelo fluxo de vazão, fluxo de quantidade de movimento, e fluxo de
empuxo. Estes fluxos irão depender de como o lançamento do efluente se comporta. Isto
é, como fontes pontuais ou fontes lineares. A Tabela 14 a seguir apresenta uma distin-
ção destes fluxos em função do tipo de fonte.
Tabela 14. Fluxos de vazão, momentum e empuxo de fontes pontuais e lineares.
Fonte pontual Fonte em linha Fluxo de vazão Qj=A uj q = Qt / L Fluxo de momentum M= uj Qj m = uj q Fluxo de empuxo B= g’o Qj b = g’o q
Onde:
q= Vazão por metro linear da tubulação difusora de comprimento L= (n/2)s;
Qt = Vazão total do efluente Qj = Vazão no orifício da tubulação difusora (Qj= Qt / n) N = Número de orifícios da tubulação difusora uj = Velocidade do jato efluente
,og = Aceleração modificada da gravidade, onde ρa é a densidade do corpo d’água recep-
tor, ρo é a densidade do efluente. ( ) ooao gg ρρρ −=,
Wright et al. (1984) definiu as seguintes escalas de comprimento para as condi-
ções de fonte pontual (lM e lQ) e fonte em linha (lm e lq):
2121
43
MQl
BMl QM ==
mql
bml qm
2
32 ==
Onde lM e lm representam a distância sobre a qual o fluxo de quantidade de movi-
mento do efluente é dominante em relação ao fluxo de empuxo e lQ e lq caracterizam a
distância na qual a vazão do efluente exerce influência sobre o escoamento ambiente.
A maioria dos emissários submarinos de esgotos opera em faixas cujo escoamento
é governado principalmente pelo fluxo de empuxo, e os efeitos da quantidade de movi-
38
mento do efluente são desprezíveis (ROBERTS et al., 1989). De acordo com BROOKS
(1980), isto ocorre quando lM / H < 0,2 ou lm / H < 0,25.
Para situações onde lQ / H << 1 ou lq / H < < 1, o fluxo de vazão da fonte possui
pequena influência dinâmica sobre o escoamento. Na grande maioria dos emissários
submarinos o diâmetro do orifício não é um parâmetro relevante. Deste modo os efeitos
da variação do fluxo de vazão podem ser desprezados
ROBERTS (1979) definiu um número adimensional, como uma variante do nú-
mero de Froude, dado por bu3=F , onde u é a velocidade das correntes atuantes sobre
a tubulação difusora e b corresponde a fluxo de empuxo, descrito anteriormente. O valor
de F descreve as magnitudes relativas, das forças sobre o efluente, devido ao empuxo, e
a inércia do escoamento ambiente. Para pequenos valores de F, fica evidente um escoa-
mento governado pelo empuxo da descarga efluente, ao passo que para elevados valores
de F, temos um escoamento governado pelos efeitos da corrente ambiente.
Os itens 3.1.1 e 3.1.2 a seguir apresentam uma descrição das principais caracterís-
ticas da pluma em função dos perfis de densidades da coluna d’água. O item 3.1.3 apre-
senta uma análise comparativa entre as abordagens anteriores propostas por ROBERTS
(1979) e ROBERTS et al. (1989 I, III), e as abordagens mais recentes propostas por
TIAN et al. (2004 I, II), DAVIERO & ROBERTS (2006) e TIAN et al. (2006).
3.1.1. Ambientes sem variação de densidade ao longo da coluna d’água
A metodologia proposta para determinação das características da pluma em ambientes
cuja coluna d’água é homogênea depende da intensidade do escoamento atuante sobre a
linha difusora, e da relação entre o espaçamento entre os orifícios da tubulação difusora
e a profundidade de lançamento do efluente. O espaçamento entre orifícios (s) constitui
um parâmetro que influi significativamente no comportamento do efluente lançado no
ambiente marinho. Este parâmetro determina o quanto os jatos efluentes irão se fundir
durante sua emersão. À medida que se aumenta o valor de s, a descarga oriunda da tubu-
lação difusora apresenta uma transição de fonte em linha para fonte pontual. Em ambi-
entes onde a densidade é homogênea ao longo da coluna d’água, a pluma sempre atinge
a superfície livre. A Figura 10 a seguir ilustra esquematicamente esta condição, apresen-
tando as principais características da pluma na região de mistura inicial.
39
Figura 10. Principais características da pluma em ambientes com densidade homogênea ao longo da coluna d’água
(Tian et al., 2004 II).
Segundo experimento realizado por ROBERTS (1979), e de acordo com a Figura
11 a seguir, quando F < 0,2 , o espalhamento superficial ocorre a montante e a jusante
do difusor, e a pluma não entra em contato com o fundo. Para valores de F situados en-
tre 0,2 e 1, a pluma se espalha por toda a coluna d’água e permanece em contato com o
fundo. Aumentando a intensidade do escoamento (F > 1), toda a pluma é direcionada à
jusante do escoamento. Para valores de F > 0,2 sempre acontecerá o desprendimento da
pluma do fundo, e a jusante deste ponto de separação a pluma torna-se menos espessa e
se espalha lateralmente.
Figura 11. Diferentes regimes de escoamento em função do número de Froude F (ROBERTS,1979).
Em contraste com os experimentos realizados por ROBERTS (1979), cujo difusor
apresentava abertura continua6, TIAN et al. (2004 I, II), avaliando a influência da varia-
ção do espaçamento dos orifícios da tubulação difusora em forma de “T”, observaram
que apenas para valores de F superiores a 0,3 ocorrerá o espalhamento da pluma ao lon-
go da coluna d’água.
6 Neste caso o lançamento do efluente no meio foi realizado através de fenda no fundo do tanque experimental.
Comprimento do campo próximo
Difusão gravitacional
Estabilização do perfil de densidades
Ponto de separação do fundo
Região de mistura
Difusor
40
Nos subitens a seguir é feita uma análise das principais características da pluma na
região de mistura inicial. Adicionalmente são tecidas considerações em relação às abor-
dagens de TIAN et al. (2004 I, II) e ROBERTS (1979).
3.1.1.1. Diluição
De acordo com TIAN et al. (2004 II), a diluição alcançada no campo próximo (Sn) de-
pende da intensidade das correntes oceânicas atuantes, e da relação entre o espaçamento
entre orifícios da tubulação difusora e a profundidade de lançamento do efluente (s/H).
Em escoamentos cujo valor de F é inferior a 0,1, a ação das correntes não possui
influência na diluição. Nesta condição a variação do espaçamento dos orifícios difusores
é relevante apenas para valores de s/H ≥ 1,0. As seguintes relações representam à dilui-
ção obtida na região de mistura inicial para as condições de fontes lineares e pontuais,
respectivamente.
49,03/1 =HbqSn
3/2
3/1 41,0−
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛=
Hs
HbqSn (3.1a, 3.1b)
Em fontes lineares, cada jato individual da tubulação difusora se funde antes
mesmo de atingir a superfície livre. Deste modo, a distribuição de concentrações se tor-
na lateralmente uniforme à medida que as plumas dos jatos individuais se fundem du-
rante o espalhamento superficial. Quando as fontes se comportam como pontuais, a fu-
são das mesmas ocorre somente após seu impacto com a superfície livre. Conseqüente-
mente são geradas menores taxas de diluição em relação à condição de fontes lineares.
De modo comparativo à condição onde o lançamento do efluente se dá através de
fontes lineares, ROBERTS (1979) verificou que em escoamentos onde F é inferior a 0,1
a diluição na região de mistura inicial é estabelecida pela seguinte relação:
27,03/1 =HbqSn (3.2)
Para escoamentos onde o número de Froude F é superior a 0,1, as correntes pas-
sam a influir diretamente na diluição do efluente na região de mistura inicial. Com base
na Figura 12 a seguir, para relações onde s/H é inferior ou igual a 0,5, as fontes se com-
portam como fontes lineares e não há influência da variação dos espaçamentos da tubu-
lação difusora sobre a diluição. Para valores de s/H > 0,5 a variação do espaçamento
entre os orifícios da tubulação passa a exercer significativa influência na diluição.
41
Figura 12. Diluição no campo próximo em função do espaçamento dos orifícios da tubulação difusora para escoa-
mentos onde F >0,1 (TIAN et al., 2004 II).
As seguintes relações representam a diluição na região de mistura inicial para a
condição de fontes lineares e pontuais, respectivamente.
77,0=uH
qSn 21
55,0−
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛=
Hs
uHqSn (0,5 < s/H < 4,5) (3.3a, 3.3b)
ROBERTS (1979) verificou que em escoamentos onde F é superior a 0,1 a dilui-
ção é diretamente proporcional à intensidade das correntes oceânicas. De acordo com
este autor, sob ação perpendicular de correntes são observadas diluições superiores
quando comparadas à diluição obtida sob ação paralela de correntes. A solução assintó-
tica da diluição para valores de F superiores a 0,1, no caso de correntes perpendiculares,
é dada por:
58,0=uH
qSn (3.4)
A Figura 13 a seguir mostra resultados de experimentos realizados por ROBERTS
(1979), onde é obtida uma relação entre a diluição Sn, o número de Froude F e a orien-
tação das correntes incidentes em relação à tubulação difusora.
42
Figura 13. Relação entre a diluição mínima inicial e o nº de Froude para diferentes orientações de correntes em
relação a tubulação difusora, em ambientes com densidade homogênea (Adaptado Roberts, 1979).
Comparando as equações referentes à condição de fontes pontuais obtidas por
TIAN et al. (2004 I e II) com as de ROBERTS (1979), verificam-se para os experimen-
tos mais recentes diluições significativamente maiores. Isto se deve ao fato das diferen-
tes condições experimentais adotadas. Nos experimentos anteriores o lançamento do
efluente no meio foi realizado com difusores de abertura contínua ao longo de toda sua
extensão, que resulta em uma menor área de contato entre o efluente e a água circundan-
te.
3.1.1.2. Região de mistura inicial (campo próximo)
O limite região de mistura inicial é definido como o ponto onde a diluição passa a não
variar significativamente com a distância em relação à tubulação difusora. Neste ponto
há uma súbita diminuição da turbulência devido à influência de um processo de estrati-
ficação estável que ocorre ao longo da seção da pluma.
O comprimento da região de mistura inicial em escoamentos caracterizados por
valores de F inferiores a 0,2 depende apenas da relação s/H (TIAN et al.,2004 I). Nesta
condição são válidas respectivamente para s/H <0,3 e s/H > 1,0 as relações a seguir:
9,0=Hxn 8,2=
Hxn (3.5a, 3.5b)
A partir da Figura 14 a seguir, TIAN et al. (2004 II) apresentam a variação do
comprimento da região de mistura inicial (xi) em função do número de Froude F.
43
Figura 14. Variação da região de mistura inicial em função do número e Froude F e do espaçamento dos orifícios da
tubulação difusora (Tian et al, 2004 II)
De acordo com este autor o comprimento da região de mistura inicial aumenta
com a intensificação do escoamento. Para escoamentos onde F é superior a 0,2 o com-
primento da região de mistura inicial depende também da variação do espaçamento en-
tre os orifícios da tubulação difusora. As seguintes relações são validas respectivamente
para limites onde s/H <0,3 e 0,5 ≤ s/H < 4,5:
31F5,2=Hxn 31F2,5=
Hxn (3.6a, 3.6b)
Para valores onde 0,5 < s/H ≤ 4,5 a região de mistura inicial independe da varia-
ção do espaçamento dos orifícios da tubulação difusora.
Considerando as relações até aqui apresentadas pode ser observado que o com-
primento da região de mistura inicial é diretamente proporcional à intensidade do esco-
amento e ao espaçamento entre os orifícios da tubulação difusora. As diferenças obser-
vadas se devem a maior rapidez da mistura do efluente com a água ambiente para a situ-
ação onde o lançamento do efluente ocorre através de fontes lineares.
De acordo com experimentos realizados por Roberts (1979), considerando a a-
ção perpendicular de correntes em relação à tubulação difusora, o comprimento da regi-
ão de mistura inicial é a distância necessária para que as flutuações de concentração do
efluente sobre a linha central do eixo difusor, dada por cc 2' , seja inferior a 0,1. De
acordo com ROBERTS (1979), c’2 representa a variância das flutuações de concentra-
ção e c é a concentração do efluente. Neste estudo não foi apresentada uma análise
quantitativa para determinação do comprimento da região de mistura inicial.
44
3.1.1.3. Espessura
Em escoamentos onde F < 0,2 a ação das correntes torna-se irrelevante. Neste
caso apenas a variação do espaçamento dos orifícios da tubulação difusora influencia
a espessura da pluma. Segundo TIAN et al. (2004 I), são válidas as seguintes relações
para diferentes espaçamentos entre os orifícios da tubulação difusora:
36,0=Hhn (s/H ≤ 0,3) 11,0=
Hhn (s/H > 1,0) (3.7a, 3.7b)
As maiores espessuras observadas para as condições de fontes lineares são justi-
ficadas pelo fato de que a mistura dos jatos individuais ocorre antes de atingir a su-
perfície livre.
De maneira similar à relação acima estabelecida para fontes lineares, o trabalho
realizado por ROBERTS (1979) indica que a relação entre a espessura da pluma e a
profundidade de lançamento do efluente é de aproximadamente 0,30.
Considerando a ação de correntes, a espessura da pluma na região de mistura ini-
cial é diretamente proporcional à intensidade do escoamento atuante na tubulação difu-
sora e inversamente proporcional ao espaçamento entre os orifícios desta tubulação. A
Figura 15 a seguir, ilustra a variação da espessura da pluma em situações onde F > 0,2,
a partir de experimentos realizados por TIAN et al. (2004).
Figura 15. Variação da espessura da pluma na região de mistura inicial em função do número de Froude F (Tian et
al, 2004 II).
De acordo com estes autores, foram estabelecidas, respectivamente, as seguintes
relações para s/H=0,21 (fontes lineares) e s/H=3,0 (fontes pontuais).
31F65,0=Hhn (s/H=0,21) 61F3,0=
Hhn (s/H=3,0) (3.8a, 3.8b)
45
Uma ressalva a ser considerada, é que os experimentos aqui realizados foram ba-
seados em escoamentos cujos valores de F são inferiores a 2. Isto significa que a extra-
polação das relações acima para escoamentos onde F é superior a este limite pode não
ser válida. A título de exemplo, no caso de fontes lineares, valores de F superiores 3,6
indicam espessura de pluma superior a coluna d’água. Além desta limitação, as espessu-
ras determinadas através das formulações acima estão limitadas à região de mistura ini-
cial.
De acordo com ROBERTS (1979), em ambientes cuja densidade é homogênea ao
longo da coluna d’água, a pluma sempre alcança a superfície, e a espessura da pluma,
após a região de mistura inicial, é estimada ser a metade da altura da coluna d’água.
Considerando a incidência paralela de correntes em relação à tubulação difusora, nunca
ocorrerá a ligação da pluma com o fundo, mesmo para elevados valores de F
(ROBERTS, 1979). Neste caso, segundo FISCHER et al. (1979), sua espessura será
aproximadamente 30% da profundidade de lançamento do efluente.
3.1.2. Ambientes com variação de densidade ao longo da coluna d’água.
O problema em consideração está esquematizado na Figura 16 a seguir. Adicionalmente
aos experimentos realizados por ROBERTS et al. (1989), DAVIERO & ROBERTS
(2006) e TIAN et al. (2006) estudaram, sob a ação perpendicular de correntes, a influ-
ência dos parâmetros que possuem relevância no comportamento do efluente na região
de mistura inicial. Estes parâmetros são representados pelo espaçamento dos orifícios da
tubulação difusora (s), variação vertical de densidade ρa(z) e intensidade do escoamento
(u) atuante sobre a tubulação difusora.
Figura 16. Principais características da pluma sob ação de correntes em ambientes com densidade variável (Tian et
al., 2006).
Comprimento do campo próximo, xn
46
De maneira similar à condição homogênea, a ação das correntes sobre a pluma e-
fluente é avaliada em função do número de Froude F (F= u³/b). O efeito da variação de
densidade ao longo da profundidade é parametrizado pela freqüência de Brunt-Vaisala
dada por:
dzdgN
a
ρρ
−= (3.9)
As principais diferenças observadas no comportamento da pluma em ambientes
onde há uma variação vertical de densidade, estão relacionadas à atenuação dos proces-
sos de mistura que ocorre nestes ambientes. A freqüência de Brunt-Vaisala indica o grau
de estabilidade da coluna d’água. Quanto maior o seu valor, maior é a estabilidade do
meio e menor é a capacidade de trocas de massa na vertical. Com base nisto, verifica-se
que a escala de comprimento lb está relacionada a um comprimento de mistura que é
inversamente proporcional à freqüência de Brunt-Vaisala (N). Isto é, quanto maior o
valor de N, menos intensa é a troca de massa vertical. Isto acarreta menores taxas de
diluição, espessura e altura atingida pela pluma quando comparadas às condições de
coluna d’água homogênea. Dependendo da variação vertical de densidade entre a super-
fície livre e o ponto de lançamento do efluente, a pluma efluente nunca atingirá a super-
fície livre.
Às escalas de comprimento anteriormente definidas lq e lm foi incorporada a escala
lb, que é proporcional ao comprimento de mistura do efluente na região de mistura inici-
al, definida por:
Nblb
31
= (3.10)
A influência do espaçamento entre os orifícios da tubulação difusora (s) nas carac-
terísticas da pluma é determinada em função do parâmetro s/lb. A partir de determinados
limites destes valores as fontes são caracterizadas como lineares ou pontuais.
Nos subitens a seguir é feita uma análise das principais características da pluma na
região de mistura inicial. Adicionalmente são tecidas considerações em relação às abor-
dagens anteriores (ROBERTS et al., 1989) e as mais recentes (DAVIERO &
ROBERTS, 2006 e TIAN et al., 2006).
47
3.1.2.1. Diluição
Em ambientes onde a densidade varia com a profundidade observa-se uma mitigação da
diluição. Isto ocorre devido à atenuação da turbulência em função dos efeitos estabili-
zantes da estratificação, que faz com que os processos de mistura turbulenta sejam pou-
co pronunciados.
Para escoamentos onde F é inferior a 0,1, não há influência das correntes na dilui-
ção. Neste caso, há apenas a influência do espaçamento entre os orifícios da tubulação
difusora. Isto reflete em como as fontes são caracterizadas: lineares ou pontuais.
A Tabela 15 seguinte apresenta uma análise comparativa da diluição da pluma na
região de mistura inicial obtida a partir dos trabalhos de ROBERTS et al. (1989) e
DAVIERO & ROBERTS (2006). São também incluídos nesta tabela os limites de s/lb
para os quais as fontes são consideradas como lineares ou pontuais.
Tabela 15. Diluição da pluma na região de mistura inicial para fontes lineares ou pontuais.
São observadas maiores espessuras da pluma sob ação de correntes. Isto ocorre,
pois, as duas camadas horizontalmente opostas em ambos os lados da tubulação difuso-
ra, conforme ilustra a Figura 21, na ausência de correntes passam a combinar, na dire-
ção do escoamento, em uma única camada mais espessa.
Figura 21. Espalhamento da pluma em duas camadas horizontalmente opostas, em ambientes estagnados (Daviero
& Roberts, 2006).
Comprimento. de campo próximo, xn
55
De maneira análoga a condição de coluna d’água homogênea, onde a espessura da
pluma está relacionada à profundidade de lançamento do efluente (H), a espessura da
pluma em ambientes estratificados é proporcional a escala de comprimento lb. Esta es-
cala é determinada em função da intensidade da estratificação existente no meio, e será
sempre inferior a H. Isto corrobora as menores espessuras observadas em ambientes
estratificados.
Apesar de os trabalhos de TIAN et al. (2004 I, II), DAVIERO & ROBERTS
(2006) e TIAN et al. (2006) contemplarem a influência do espaçamento entre orifícios
da tubulação difusora, os mesmos apresentam limitações com relação a intensidade e
direção do escoamento. Os experimentos realizados por estes autores consideraram ape-
nas a ação perpendicular de correntes sobre a tubulação difusora e escoamentos com
valores de F inferiores a 10. Já os experimentos realizados por ROBERTS (1979) e
ROBERTS (1989 I, III), além de contemplarem diferentes ângulos de ação das correntes
em relação à tubulação difusora, consideraram escoamentos limitados por valores de F
iguais a 100. Por este motivo, e em virtude de não terem sido observadas diferenças
significativas entre as relações apresentadas por estes autores e as apresentadas por
ROBERTS (1979) e ROBERTS et al. (1989 I, III), recomenda-se que seja mantida a
metodologia anterior.
3.2. MODELAGEM DA ZONA DE MISTURA PASSIVA NO CAMPO AFASTADO
Em uma determinada distância do ponto de lançamento, a pluma contaminante compor-
ta-se neutramente em relação ao corpo d’água receptor. Isto é, a partir deste ponto, a
pluma não interfere mais na hidrodinâmica ambiente, pois não existem diferenças entre
as quantidades de movimento do efluente e do fluido receptor. Nesta região (campo
afastado) a pluma de contaminantes é transportada passivamente pelas correntes oceâni-
cas. A distribuição de concentrações do contaminante lançado no corpo d’água receptor
depende dos seguintes processos, em geral altamente variáveis no tempo e no espaço:
• Advecção promovida pelas correntes oceânicas responsáveis pelo transporte do contaminante em questão. A modelagem do transporte de plumas depende da qualidade do modelo hidrodinâmico que gera o campo de correntes que advecta a pluma.
• Difusão turbulenta do contaminante. Esta turbulência ambiente é gerada por ten-sões de atritos internos na massa d’água, tensões de atrito do fluido com o fundo e atrito de vento na superfície livre. Em geral o transporte de plumas passivas é
56
dominado pela advecção, mas a difusão turbulenta também é de fundamental importância. E, como no caso da advecção, também depende da qualidade do modelo hidrodinâmico, neste caso da qualidade do modelo de turbulência adota-do.
• Reações cinéticas de produção ou decaimento do contaminante no meio receptor (modelos de decaimento). No caso de esgotos sanitários, tendo coliformes como indicadores de contaminação fecal, são consideradas reações de decaimento de primeira ordem. Como ao longo do dia na região em estudo, não ocorrem varia-ções significativas de salinidade e temperatura, a variação na taxa de decaimento bacteriano será praticamente função da intensidade de radiação solar incidente. Para determinação da taxa de decaimento bacteriano em função destes três pa-râmetros, é descrita a seguir uma abordagem em relação às metodologias adota-das. O capítulo seguinte é inteiramente dedicado à discussão a respeito do deca-imento do contaminante, incluindo os principais fatores relevantes e os diversos modelos empregados na quantificação das taxas de decaimento.
Este trabalho apresenta uma abordagem Lagrangeana do transporte da pluma de
contaminantes. As concentrações do contaminante lançado no meio são calculadas in-
dependentemente da malha de discretização hidrodinâmica. O modelo pode utilizar um
campo de velocidades tridimensional ou gerar perfis de velocidade analíticos a partir de
um campo de velocidades bidimensional gerado por um modelo hidrostático integrado
na vertical.
Em um modelo de transporte Lagrangeano o lançamento do contaminante no
meio é representado por um determinado número finito de partículas lançadas, em in-
tervalos de tempos regulares, no interior de uma região fonte. No instante do lançamen-
to, as partículas são dispostas dentro da região fonte de maneira aleatória. Estas partícu-
las são então advectadas pelas correntes fornecidas através do modelo hidrodinâmico.
As dimensões da região fonte devem ser tais que, em seu interior, se estabeleça à condi-
ção da mancha se comportar como um contaminante passivo, em relação às águas do
corpo d’água receptor.
Os deslocamentos das partículas representativas da nuvem de contaminantes são
compostos por duas componentes: uma componente determinística, obtida a partir das
velocidades fornecidas pelo modelo hidrodinâmico; e uma componente aleatória, inseri-
da com o intuito de representar os deslocamentos decorrentes da turbulência do escoa-
mento.
A massa equivalente do contaminante em cada partícula lançada é dada por:
e e
p
Q C tMNΔ
= (3.30)
57
Onde Qe é a vazão da fonte, Ce a concentração do contaminante emitida no meio
e Np/Δt é o número de partículas lançadas por intervalo de tempo.
A posição de uma partícula, após um determinado intervalo de tempo Δt, pode ser
calculada por:
2 21
2 T.O.S.2!
n nn n dP t d PP P t
dt dt+ Δ= + Δ + +
(3.31)
Onde T.O.S. são termos de ordem superior desprezados. As derivadas temporais
da posição P, obtidas através do campo de velocidades ),,( wvuV calculadas no modelo
hidrodinâmico são:
2
2
( , , )dP u v wdtd P d u v w
dt t x y zdt
=
∂ ∂ ∂ ∂= = + + +
∂ ∂ ∂ ∂
V
V V V V V
(3.32)
Considerando que as componentes horizontais do campo de velocidades são, em
geral, muito maiores do que as componentes verticais, estas últimas podem ser despre-
zadas.
O efeito geral da turbulência ambiente no transporte de partículas é incorporado
por meio de duas parcelas. Uma parcela dispersiva associada à incerteza no campo de
velocidades, que ocasionam incertezas com relação ao posicionamento do centro de
massa da partícula, e outra parcela puramente difusiva. A parcela dispersiva possui cará-
ter aleatório, e tem como objetivo incluir um desvio de trajetória causado pelos movi-
mentos em escala não resolvível, representados pelas flutuações das velocidades devido
à turbulência.
Para o cálculo das concentrações em um determinado instante, é definida uma
grade de distribuição dentro da qual, toda a nuvem de partículas esteja contida com uma
folga de 10% do tamanho da nuvem, em cada extremidade da mancha. Conhecida a
posição de uma partícula, e quando a mancha associada a esta partícula é grande em
relação ao tamanho das células, distribui-se sua massa por N células de grade, de acordo
com uma função de distribuição especificada. A concentração do contaminante em cada
célula da grade é obtida pela relação entre o somatório de todas as parcelas de massa de
contaminante, alocadas a célula, e o volume da mesma.
58
O contaminante em questão é não conservativo. Isto é, a massa inicialmente lan-
çada no meio decresce exponencialmente com o tempo. Os fatores que influenciam esta
perda temporal de massa são descritos detalhadamente no capitulo seguinte.
A perda de massa do contaminante lançado no meio obedece a seguinte equação:
( )vd tkMtM −= exp)( 0 (3.33)
Onde: M0= Massa inicial do contaminante no instante de seu lançamento no meio kd = Taxa de decaimento tv = Tempo de vida do contaminante
M(t)= Massa remanescente do contaminante
Uma abordagem completa da metodologia empregada no modelo de transporte u-
tilizado neste trabalho é apresentada em ROSMAN (2000, 2001).
Variações nas características da pluma na transição do campo próximo para o
campo afastado: A posição na qual o efluente se estabiliza ao longo da coluna d’água
não varia significativamente do campo próximo para o campo afastado. Entretanto, é
importante levar em consideração na modelagem as variações que ocorrem na espessura
da pluma na transição do campo próximo para o campo afastado. De acordo com
ROBERTS (1979), sob ação de correntes e na condição de coluna d’água homogênea,
após o impacto da pluma com a superfície livre, ocorre o espalhamento superficial da
mesma e a diminuição gradual de sua espessura. De maneira similar, HILLEBRAND
(2003) afirma que a partir do campo próximo gradientes de pressão horizontais tendem
a produzir um espalhamento transversal à direção do escoamento. Este espalhamento
pode ocorrer tanto na superfície livre quanto no nível onde a pluma se estabelece. Em
conjunto com este espalhamento há uma diminuição na espessura da pluma até sua es-
tabilização no campo afastado. Esta estabilização é justificada em função da mitigação
dos processos de mistura que ocorrem nesta região.
A troca de massa do contaminante na vertical é de pouca relevância se compara-
das à troca de massa do contaminante no plano horizontal, que ocorre principalmente
devido turbulência oceânica (BLENINGER, 2006).
Quando a pluma atinge a superfície livre, as maiores concentrações do contami-
nante ocorrem junto à mesma. Pouca troca de massa do contaminante com o meio ocor-
re a partir da parte inferior da pluma. De maneira similar, em condições onde há varia-
ção vertical de densidade, o efeito da turbulência pode ser bastante mitigado pela estrati-
59
ficação estável, fazendo com que os processos de mistura turbulenta sejam pouco pro-
nunciados. A influência da estratificação sobre o processo de mistura é definida pelo
número de Richardson gradiente 2g uRi
z z∂ρ ∂⎛ ⎞= − ⎜ ⎟ρ ∂ ∂⎝ ⎠
que considera a relação entre as
forças estabilizadoras, referentes ao gradiente de densidade na vertical, e as forças res-
ponsáveis pela geração de turbulência. A influência do número de Richardson sobre a
difusividade turbulenta (Dt) pode, de acordo com PARRELS & KARELSE (1981) apud
EIGER (1989), ser considerada empiricamente de acordo com a relação a seguir.
)18exp(, RiDD testt −= (3.34)
Esta relação expressa uma diminuição do coeficiente de difusividade turbulenta na
medida em que se aumentam as variações verticais de densidade.
De acordo com ROBERTS (1979), em condições de coluna d’água homogênea,
há uma diminuição da espessura da pluma em aproximadamente 50%, na transição do
campo próximo para o campo afastado. Em trabalhos posteriores, ROBERTS et al.
(1989-II) verificaram que as taxas de espalhamento lateral em ambientes estratificados
são ligeiramente inferiores às taxas observadas em ambientes homogêneos. Em ambien-
tes onde a densidade varia ao longo da coluna d’água a espessura da pluma no campo
afastado é determinada a partir de uma relação com a espessura no campo próximo. Esta
relação é estimada em função do aumento do espalhamento lateral da pluma do campo
próximo para o campo afastado.
ROBERTS et al. (1989-II) estabeleceram a seguinte relação entre o espalhamento
lateral da pluma e a distância a partir do ponto de lançamento do efluente.
1 21 31 0,17 F
b
w xL l
−⎛ ⎞= + ⎜ ⎟
⎝ ⎠ (3.35)
O comprimento da região de mistura inicial é determinado pela relação
5,8/3/1 =−blxF , que substituída na equação acima chega-se a 5,1/ =Lw .
Onde: w= Espalhamento lateral da pluma transversal ao escoamento L= Comprimento da tubulação difusora x= Distancia a partir do ponto de lançamento do efluente F= Número de Froude lb= Escala de comprimento anteriormente definida no item 3.1.2.
60
A partir do fim da região de mistura inicial passa a haver um espalhamento lateral
da pluma em conjunto com uma diminuição em sua espessura. Este processo passa a se
estabilizar no ponto onde 25/3/1 =−blx F . A partir deste ponto a espessura da pluma
permanece praticamente constante, e o alargamento da pluma passa sofrer influência da
dispersão e difusão promovida pela turbulência oceânica. Substituindo 25/3/1 =−blx F
na equação 1 2
1 31 0,17 Fb
w xL l
−⎛ ⎞= + ⎜ ⎟
⎝ ⎠é obtida a seguinte relação: 85,1/ =Lw .
Conforme exposto anteriormente, supondo que a variação que ocorre com o espa-
lhamento superficial da pluma do campo próximo para o campo afastado seja compen-
sada por uma variação de espessura, é determinada e seguinte relação entre as espessu-
ras da pluma.
80,0/ =nCA hh (3.36)
A determinação da máxima elevação alcançada pela pluma, e sua espessura, é de
extrema relevância na modelagem da pluma de contaminantes no campo afastado. O
item 6.1.2 aborda em detalhes a interdependência entre estas características da pluma e
a modelagem do campo afastado.
61
4. DECAIMENTO BACTERIANO A modelagem do decaimento de bactérias indicadores de contaminação fecal é de ex-
trema importância na determinação dos níveis de concentração destes microrganismos
em águas costeiras. A aproximação usual no processo de modelagem é simular, uma vez
determinadas às concentrações de bactérias afluentes ao corpo d’água, o decaimento
destes microrganismos em função de diversos parâmetros ambientais.
4.1. PRINCIPAIS FATORES INFLUENTES NO DECAIMENTO BACTERIANO
A distribuição e a quantidade de bactérias de origem entérica, indicadoras de contami-
nação fecal no ambiente marinho, dependem da advecção e dispersão promovidas pelas
correntes oceânicas e por fatores responsáveis pelo decaimento ou crescimento das po-
pulações bacterianas.
Os principais fatores influentes nas concentrações de bactérias podem ser conve-
nientemente classificados em três categorias: físicos, físico-químicos, bioquímico-
biológicos. Entretanto, além destes fatores podem ocorrer sinergias de efeitos osmóticos
e foto-oxidação, e interferências, tais como sedimentação versus foto-oxidação.
Na modelagem numérica de bactérias indicadoras, a taxa de decaimento é comu-
mente representada pelo parâmetro T90, que corresponde ao tempo necessário para que
ocorra uma redução de 90% na população original de bactérias.
A seguir são apresentados os principais fatores responsáveis pelas variações das
concentrações dos microrganismos indicadores de contaminação fecal em águas natu-
rais. Estes microrganismos reagem de maneira diferente em relação aos diversos fatores
apresentados adiante. Segundo CHAMBERLIN & MITCHELL (1978) deve-se descon-
fiar da importância de quaisquer fatores que:
• Não produzem taxas de decaimento superiores a 0,3 h-1;
• Só ocasionam taxas de decaimento substanciais em condições extremas, não ge-ralmente associadas a condições normais;
• Não fornecem explicações satisfatórias para as taxas observadas.
4.1.1. Fatores Físicos
Os seguintes fatores físicos são discutidos nesta seção: Foto-oxidação (induzida pela
radiação solar), Adsorção, Floculação, Coagulação, Sedimentação e Temperatura.
62
4.1.1.1. Foto-oxidação
A radiação solar é um dos fatores mais importantes no decaimento de bactérias, sendo
encontradas correlações significativas entre as taxas mortalidade de coliforme e a quan-
tidade de radiação solar incidente. (CHAMBERLIN & MITCHELL, 1978; YANG et
al., 2000; SALIH, 2003; MANCINI, 1978; FUJIOKA et al., 1981; BELAIR et al.,
1977; McCAMBRIDGE & McMEEKIN, 1981; BORREGO et al., 1983; ANDERSON
et al., 1997; ŜOLIĆ & KRSTULOVIĆ, 1992; NOBLE et al., 2004; CHRISTOULAS &
ANDREAKIS, 1995; CANTERAS et al., 1995; SARIKAYA & SAATCI, 1995;
ALKAN et al., 1995; BORDALO et al., 2002; GUILLAND et al., 1997; JOHNSON et
al., 1997). Microrganismos patogênicos tais como Giardia, Cryptosporidium, Poliovi-
rus e Salmonella apresentaram uma maior sobrevida na ausência de radiação solar
(JOHNSON et al, 1997).
A primeira etapa do processo de foto-oxidação é a absorção da luz por sintetizado-
res endógenos ou exógenos, ou cromóforos, proporcionando uma excitação eletrônica
dos mesmos. De acordo com CHAMBERLIN & MITCHELL (1978), uma vez o sinteti-
zador excitado ele pode:
• Transferir energia adquirida via transferência de elétrons, como troca de calor, retornando ao estado inicial;
• Reagir diretamente com um determinado componente da célula e, conseqüente-mente danificá-lo;
• Combinar com oxigênio formando superóxidos, peróxidos de hidrogênio ou pe-róxidos orgânicos;
• As formas reativas de oxigênio produzido podem reagir e danificar alguns cons-tituintes celulares;
• Ser decomposto enzimaticamente em produtos mais inócuos.
Vários compostos comumente presentes em microrganismos podem agir como
sintetizadores endógenos, dentre eles são citados porfirinas, citocromos, aminoácidos
aromáticos, DNA, flavina e clorofila (CHAMBERLIN & MITCHELL, 1978).
Cabe ressaltar que não deve ser excluída a possibilidade de diferentes cromóforos
estarem presentes em uma determinada célula. Streptococcus spp apesar de não possuí-
rem porfirinas, contém flavinas. Por outro lado, células contendo sintetizadores não são
necessariamente sensíveis à luz. Numerosas espécies de microrganismos portadores de
carotenóides, que geralmente não são danificadas pela ação da luz, tornam-se sensíveis
à ação solar na ausência destes pigmentos. De maneira geral microrganismos comumen-
63
te encontrados em matéria fecal não possuem carotenóides como pigmento
(CHAMBERLIN & MITCHELL, 1978).
A sensibilidade de coliformes à luz pode também ser influenciada pela ocorrência
natural de fotossintetizadores exógenos, tais como pigmentos de algas e ácidos húmicos,
que são facilmente encontrados no meio aquático (CHAMBERLIN & MITCHELL,
1978).
Estudos realizados por CHAMBERLIN & MITCHELL (1978) e observações de
campo feitas por GAMESON & GOULD (1975) e FOXWORTHY & KNEELING
avaliam o decaimento de bactérias na ausência de luminosidade. A Tabela 21 a seguir
indica os cenários e parâmetros utilizados na comparação dos modelos descritos nos
itens supracitados. Os valores de salinidade e temperatura foram considerados respecti-
vamente iguais a 35‰ e 25ºC, e os valores de radiação solar foram calculados com base
na metodologia proposta por MARTIN e McCUTCHEON (1999), descrita no item 5 do
presente trabalho.
7 Estes autores propuseram o seguinte modelo para avaliar o decaimento de bactérias do grupo coliforme em água salgada e na ausência de radiação solar: Log T90 = 2,292 – 0,0295T, onde T corresponde à temperatura em °C.
90
Tabela 21. Cenários utilizados na comparação entre os diferentes modelos de decaimento.
Cenários Parâmetros Radiação solar verão céu totalmente claro Pluma superficial com espessura de 5 metros Radiação solar verão céu totalmente nublado Profundidade de Secchi =5 metros Ausência de radiação solar (noite) Coef. de proporcionalidade kl=0,32cm²/cal (E.coli)
A análise dos resultados obtidos através das diferentes equações apresentadas foi
baseada na estratégia de TUKEY (1977) (apud BUSSAB & MORETIN, 1987). Neste
caso cinco medidas são sugeridas: a mediana, os quartis e os valores extremos. Esta
estratégia considera como uma medida de dispersão alternativa a diferença entre o ter-
ceiro (Q3) e o primeiro quartil (Q1), denominada intervalo interquartil (dj). Este autor
considera que a área entre os pontos dados por (Q1 – 1,5 dj) e (Q3 + 1,5 dj) corresponde a
99,3% da distribuição. Com base nesta consideração os valores situados acima ou abai-
xo destes limites foram considerados discrepantes e, portanto, excluídos das análises
subseqüentes.
4.3.1. Avaliação dos modelos considerando a influência da radiação solar
A Tabela 22 apresenta valores horários do parâmetro T90 para as condições de ve-
rão com céu claro e totalmente nublado. Mais uma vez vale ressaltar, que no cálculo dos
valores de T90 para cada hora dia foram consideradas, para cada uma dos modelos, con-
dições idênticas de salinidade, temperatura e radiação solar.
Tabela 22. Valores do parâmetro T90, em horas, para as condições de verão com céu claro e totalmente nublado.
Com base na Tabela 22 acima e com auxílio da Figura 24, verifica-se que tanto no
inverno quanto no verão o modelo de ŠOLIĆ & KRSTULOVIĆ (1992) apresenta valo-
res de T90 superiores ao limite dado por (Q3 + 1,5 dj). Este limite é indicado pela linha
cheia superior na figura seguinte. Os resultados obtidos por intermédio deste modelo
constituem um conjunto de valores discrepantes e, portanto, serão desconsiderados nas
análises seguintes.
-5
0
5
10
15
20
25
30
35
6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18Hora do dia
T90
(hor
as)
Bellair et alChamberlin & MitchellManciniSolic & KrstulovicCanteras et alSarikaya & SaatçiGuillaud et alQ3 + 1.5(Q3-Q1)Q1 - 1.5(Q3-Q1)
0
5
10
15
20
25
30
35
40
6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18Hora do dia
T90
(hor
as)
Bellair et alChamberlin & M itchellM anciniSolic & KrstulovicCanteras et alSarikaya & SaatçiGuillaud et alQ3 + 1.5(Q3-Q1)Q1 - 1.5(Q3-Q1)
Figura 24. Dispersão dos valores do parâmetro T90 para o período de verão, considerando os modelos de Bellair et
al., Chamberlin & Mitchell, Mancini, Solic e Krstulovic, Canteras et al.,Sarikaya & Saatçi e Guillaud et al . A estampa superior representa a condição de céu claro e a estampa inferior representa a condição de céu totalmente nublado.
De maneira similar à análise feita acima, comparando os modelos remanescentes,
verifica-se na Figura 25 que os valores horários de T90 calculados pelos modelos de
BELLAIR et al. (1977) e CHAMBERLIN & MITCHELL (1978), respectivamente para
as condições de céu claro e totalmente nublado, situam-se em grande parte fora dos li-
mites dados pela linha inferior (Q1 – 1,5 dj) e pela linha superior (Q3 + 1,5 dj). Além do
92
mais os resultados apresentados por CHAMBERLIN & MITCHELL (1978) dependem
do coeficiente de proporcionalidade8 kl (cm²/cal) que está relacionado à sensibilidade de
um microrganismo específico à luminosidade. A formulação apresentada por estes auto-
res deve ser utilizada com cautela, considerando que este coeficiente, além de ter sido
obtido a partir de poucos experimentos de campo e laboratório, possui uma grande vari-
abilidade em seus valores para um mesmo tipo de microrganismo. Tal fato acarreta uma
grande dispersão dos valores das taxas de decaimento, mesmo considerando condições
idênticas de salinidade, temperatura e radiação solar.
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18Hora do dia
T90
(hor
as)
Bellair et al
Chamberlin & Mitchell
Mancini
Canteras et al
Sarikaya & Saatçi
Guillaud et al
Q3 + 1.5(Q3-Q1)
Q1 - 1.5(Q3-Q1)
0
5
10
15
20
25
30
6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18Hora do dia
T90
(hor
as)
Bellair et al
Chamberlin & Mitchell
Mancini
Canteras et al
Sarikaya & Saatçi
Guillaud et al
Q3 + 1.5(Q3-Q1)
Q1 - 1.5(Q3-Q1)
Figura 25. Dispersão dos valores do parâmetro T90 para o período de verão, considerando os modelos de Bellair et
al., Chamberlin & Mitchell, Mancini, Canteras et al, Sarikaya & Saatçi e Guillaud et al . A estampa superi-or representa a condição de céu claro e a estampa inferior representa a condição de céu totalmente nu-blado.
Em relação aos valores apresentados na Tabela 22 pode ser observado que o mo-
delo proposto por CHAMBERLIN & MITCHELL (1978) apresenta valores subestima-
8 Maiores detalhes a respeito deste coeficiente de proporcionalidade estão apresentados no item 4.2.3.2
93
dos, enquanto que as equações de BELLAIR et al (1977), fornecem valores superesti-
mados. Com base nisto e a partir da análise descrita anteriormente, baseada no intervalo
interquartil, estes dois modelos serão desconsiderados na análise seguinte.
Os valores de T90 apresentados na Tabela 22, calculados pelos modelos remanes-
centes de MANCINI (1978), CANTERAS et al. (1995), SARIKAYA & SAATÇI
(1995) GUILLAUD et al. (1997), situam-se entre os limites estatísticos estabelecidos
por (Q1 – 1,5 dj) e (Q3 + 1,5 dj). A Figura 26 corrobora esta afirmativa. Com base nesta
análise conclui-se que estes modelos apresentam uma boa correlação no cálculo dos
valores de T90.
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18Hora do dia
T90
(hor
as)
Mancini
Canteras et al
Sarikaya & Saatçi
Guillaud et al
Q3 + 1.5(Q3-Q1)
Q1 - 1.5(Q3-Q1)
0
5
10
15
20
25
30
6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18Hora do dia
T90
(hor
as)
Mancini
Canteras et al
Sarikaya & Saatçi
Guillaud et al
Q3 + 1.5(Q3-Q1)
Q1 - 1.5(Q3-Q1)
Figura 26. Dispersão dos valores do parâmetro T90 para o período de verão, considerando os modelos de Mancini,
Canteras et al, Sarikaya & Saatçi e Guillaud et al . A estampa superior representa a condição de céu cla-ro e a estampa inferior representa a condição de céu totalmente nublado.
Outra consideração a ser feita com relação a estes quatro modelos é que os valores
de T90 fornecidos na Tabela 22 apresentam algumas consistências. Sob a condição de
céu claro, os valores do parâmetro T90 obtidos através do modelo de MANCINI (1978)
94
são muito próximos dos valores encontrados através do modelo de GUILLAUD et al.
(1997). A mesma semelhança foi observada entre os valores obtidos através das equa-
ções de CANTERAS et al. (1995), SARIKAYA & SAATÇI (1995). Considerando a
condição de céu totalmente nublado, as equações de MANCINI (1978) estão mais bem
correlacionadas com as equações de SARIKAYA & SAATÇI (1995), enquanto que as
equações de GUILLAUD et al. (1997) estão mais bem correlacionadas com equações
de CANTERAS et al. (1995). Dentre os quatro modelos apresentados, o de MANCINI
(1978) em conjunto, respectivamente, com GUILLAUD et al. (1997) para condição de
céu claro e com SARIKAYA & SAATÇI (1995) para céu totalmente nublado, fornece
valores de T90 ligeiramente superiores.
Mesmo sendo observada uma boa correlação entre os resultados dos modelos de
MANCINI (1978), CANTERAS et al. (1995), SARIKAYA & SAATÇI (1995) e
GUILLAUD et al. (1997), são feitas as seguintes considerações:
• Apesar da pouca relevância das variações de temperatura e salinidade, quando em conjunto com a radiação solar, o modelo de GUILLAUD et al. (1997) não contempla as variações de temperatura e salinidade nas taxas de decaimento. De maneira similar, o modelo de SARIKAYA & SAATÇI (1995) contempla apenas variações de temperatura;
• Os modelos de MANCINI (1978) e CANTERAS et al. (1995) consideram a influência da ação conjunta da radiação solar, temperatura e salinidade no decaimento bacteriano. Entretanto, os valores de T90 obtidos por MANCINI (1978) são ligeiramente superiores aos valores obtidos por CANTERAS et al. (1995), o que contribui a favor da segurança na avaliação da pluma de coliformes no ambiente marinho.
4.3.2. Avaliação dos modelos na ausência de radiação solar
Os valores de T90 calculados com base nas formulações apresentadas no item 4.2.3 para
o período noturno estão apresentados na Tabela 23 abaixo.
Tabela 23. Valores calculados do parâmetro T90,, em horas, para o período noturno.
Gameson & Gould (1975)
Mancini (1978)
Solic & Krstulovic (1992)
Sarikaya & Saatçi (1995)
35,9 28,5 46,4 46,0
A partir da observação destas taxas de decaimento, são feitas as seguintes
ressalvas:
• A variação do decaimento com a temperatura apresentada por SOLIC & KRSTULOVIC foi obtida por apenas cinco pontos amostrais, o que constitui uma amostragem pouco satisfatória;
95
• A variação do decaimento com a temperatura apresentada por SARIKAYA & SAATÇI, muito semelhante à proposta por GAMESON & GOULD (1975), além de ter sido obtida por apenas seis pontos amostrais possui uma correlação pouco significativa (R² = 0,69).
• Os valores apresentados por Mancini, apesar de aparentarem estar subestimados em relação aos demais, foram obtidos de uma grande base de dados consistente proveniente de experimentos realizados em campo e laboratório. Os valores apresentados por este autor apresentam consistências com medições “in situ” realizadas por BELLAIR et al. (1977).
4.3.3. Considerações gerais
A avaliação do decaimento de bactérias indicadoras de contaminação fecal no
ambiente marinho e em águas costeiras é um assunto de extrema complexidade devido
ao grande número de variáveis envolvidas neste processo. Além do mais, a concentra-
ção de bactérias indicadoras em águas residuárias pode variar em algumas ordens de
grandezas. O grau de incerteza relacionado à concentração inicial de microrganismos
lançados no ambiente marinho pode tornar irrelevante tanto o tipo de modelo, quanto o
microrganismo utilizado na avaliação da qualidade das águas. Entretanto, o uso de mo-
delos analíticos de decaimento é de grande utilidade no sentido de se obter uma estima-
tiva das taxas de decaimento de microrganismos indicadores de contaminação fecal no
meio líquido. Considerando as análises referentes aos modelos aqui apresentados, foram
considerados satisfatórios os resultados fornecidos pelos modelos de MANCINI (1978),
CANTERAS et al. (1995) e SARIKAYA & SAATÇI (1995) e GUILLAUD et al.
(1997).
A análise proposta neste trabalho avalia diferentes modelos de decaimento
bacteriano, com a finalidade de fornecer subsídios para modelagem da pluma efluente
de emissários submarinos. Esta análise permitiu verificar quais dos modelos apresentam
uma boa correlação entre os valores de T90 calculados. Com base nesta análise, foi
recomendado, o modelo de Mancini (1978) na determinação das taxas de decaimento
bacteriano. Dentre todos os modelos apresentados, é um dos poucos que avalia o
decaimento bacteriano durante o período noturno, considerando a influência conjunta da
temperatura e salinidade. Além do mais, este modelo fornece resultados diurnos da taxa
de decaimento bacteriano consistentes quando comparados a medições realizadas em
campo (CHAMBERLIN & MITCHELL, 1978, CANTERAS et al., 1995, ROBERTS,
1989, GUILLAUD et al., 1997).
96
4.4. RELAÇÃO ENTRE AS TAXAS DE DECAIMENTO DE COLIFORMES E ENTEROCOCOS
Mesmo considerando neste trabalho bactérias do grupo coliforme como indicadores
preferenciais de contaminação fecal, procurou-se alternativamente estabelecer taxas de
decaimento também para enterococos.
A partir dos trabalhos de BRAVO & VICENTE (1992), FUJIOKA et al. (1981),
BORDALO et al. (2002), BORREGO et al. (1983), ALKAN et al. (1995) e NOBLE et
al. (2004) foram estabelecidas relações entre as taxas de decaimento de coliformes ter-
motolerantes (fecais) e enterococos. A Tabela 24 seguinte apresenta estas relações tanto
na presença, quanto na ausência de radiação solar (RS).
Tabela 24. Relações entre as taxas de decaimento entre coliformes termotolerantes (fecais) e enterococos.
Bravo & Vicente (1992)
Bordalo et al. (2002)
Fujioka et al. (1981)
Alkan et al. (1995)
Borrego et al.
(1983)
Noble et al.
(2004) CF/SF
(com RS) 0,51 0,70 0,50 ~ 1 0,43 1,8
CF/SF (sem RS)
- 0,67 0,58 - - 0,63
Considerando a faixa de valores das relações entre as taxas de decaimento, foram
determinados os limites que compreendem 99,3% de uma distribuição normal. Sob ação
da radiação solar, estes limites inferiores e superiores, respectivamente determinados
por (Q1 – 1,5 dj) e (Q3 + 1,5 dj), correspondem a 0 e 1,6. Com base nisto, o valor de 1,8
fica descartado por estar fora desta distribuição. Na ausência de radiação solar, todos os
valores da relação entre as taxas de decaimento estão compreendidos dentro dos limites
supracitados.
Alternativamente, com objetivo de poder ser incluída na modelagem a avaliação
de qualidade de águas, considerando enterococos como indicadores de contaminação
fecal, procurou-se determinar um valor médio para relação entre as taxas de decaimento
destes microrganismos e coliformes termotolerantes (fecais) tanto na presença quanto na
ausência de radiação solar. Para ambas as condições determinou-se uma valor médio
correspondente a 0,63. Com isto, a taxa de decaimento para enterococos pode ser de-
terminada a partir da sua relação com a taxa de decaimento de coliformes termotoleran-
tes (fecais), calculada através de um dos modelos recomendados anteriormente.
97
5. RADIAÇÃO SOLAR A intensidade de radiação (ou radiância) refere-se a quantidade de energia radiante num
intervalo unitário de comprimento de onda que, atravessa na unidade de tempo, uma
unidade de área. Conhecendo-se a radiância, pode-se determinar a densidade de fluxo de
radiação. Esta grandeza, integrada em todo seu espectro, representa a quantidade de
energia radiante que passa através de certo plano na unidade de tempo e de área. No
Sistema Internacional de Unidades, a unidade de densidade de fluxo de radiação é
W/m2. Em estudos de radiação atmosférica há uma terminologia própria pra distinção
entre a densidade de fluxo incidente em uma superfície e a densidade de fluxo emitido
pela mesma. O termo Emitância Radiante de uma superfície se refere à densidade de
fluxo de radiação emitido por essa superfície. Já a densidade do fluxo de radiação inci-
dente sobre esta mesma superfície é denominada Irradiância (VIANELLO & ALVES,
2000).
O Sol é uma esfera de gases incandescentes composta principalmente por átomos
de hidrogênio e hélio. A energia cinética destes corresponde a milhões de graus no cen-
tro da estrela e vai diminuindo até a fotosfera onde a energia dos átomos equivale, em
média a aproximadamente 5770 graus Kelvin. A fotosfera emite uma radiação em torno
de 72 milhões de watts por metro quadrado, numa esfera com 650.000 km de raio. Ao
deslocar-se no espaço, com a velocidade da luz, essa energia deve repartir-se em esferas
concêntricas de raio cada vez maior. Ao chegar à órbita terrestre, a 149,5 milhões de
quilômetros do centro do Sol, esta energia, que correspondente a constante solar, possui
um valor em torno de 1367 w/m2.
5.1. VARIAÇÕES NA QUANTIDADE DE ENERGIA SOLAR INCIDENTE NA ATMOSFERA
As variações quanto a quantidade de energia recebida dependem de alguns fatores des-
critos a seguir:
Variações na constante solar: A Constante Solar varia com a distância entre a terra e o
sol. Esta variação de distância ocorre ao longo dos dias do ano em função da órbita elíp-
tica da terra em relação ao sol. Entretanto, cabe ressaltar que estas variações são muito
pequenas uma vez que a órbita da terra é praticamente circular. A excentricidade da
órbita terrestre é de 0,0167. No periélio a Terra se encontra mais próxima ao sol a uma
98
distância de 0,983 UA9, enquanto que no afélio a Terra, em sua posição mais distante,
está a 1,017 UA do sol. O periélio, é atingido aproximadamente em 3 de janeiro e o afé-
lio, em aproximadamente 4 de julho.
Latitude e estações do ano: A latitude e as estações do ano influenciam a quantidade
de radiação incidente em uma determinada localidade na superfície terrestre. Estes dois
fatores serão responsáveis por variações na declinação solar em um ponto qualquer no
planeta. Quanto mais perpendicular for a incidência de radiação maior será a quantidade
de radiação recebida.
O nosso planeta, em seu movimento anual em torno do Sol, descreve em trajetória
elíptica num plano que é inclinado em aproximadamente 23,5º com relação ao plano
equatorial. Esta inclinação é responsável pela variação da elevação do Sol no horizonte
em relação à mesma hora, ao longo dos dias do ano. A posição angular do Sol, ao meio
dia solar, em relação ao plano do Equador é chamada de Declinação Solar (δ). Este ân-
gulo ilustrado na figura a seguir varia entre -23,45 e 23,45º.
Figura 27. Órbita da Terra em torno do Sol, com seu eixo N-S inclinado de um ângulo de 23,5o. As estações do ano
descritas na ilustração referem-se ao hemisfério sul (http://cdcc.sc.usp.br/cda).
Em qualquer época do ano, as condições que ocorrem no hemisfério sul, em ter-
mos de luminosidade e temperatura, são opostas às que ocorrem no hemisfério norte.
As posições da Terra relativas ao Sol são conhecidas como Solstícios. O Solstício
de Verão refere-se ao hemisfério voltado para o Sol e o Solstício de Inverno ao hemisfé-
rio voltado contra o Sol. (Note que um mesmo solstício é chamado de Solstício de In-
9 A unidade astronômica (UA) é uma unidade de distância, aproximadamente igual à distância média entre a Terra e o Sol. É bastante utilizada para descrever a órbita dos planetas e outros corpos celestes no âmbito da astronomia planetária, valendo aproximadamente 150 milhões de quilômetros (149,597,870 km).
99
verno em um hemisfério enquanto é chamado de Solstício de Verão no outro hemisfério
e vice-versa).
A maior incidência de radiação solar no hemisfério sul ocorre durante o solstício
de verão, entre os dias 21 e 22 de Dezembro. A Figura 28 a seguir ilustra a incidência
dos raios solares sobre o hemisfério sul durante este período.
Figura 28. Incidência de raios solares no hemisfério sul durante o verão (fonte: internet10). A estampa da direita
ilustra uma imagem da terra, como se vista do sol, durante o solstício de verão (fonte: internet11). Com base nesta imagem pode ser observada uma incidência praticamente perpendicular dos raios solares so-bre a latitude de 23,5° S.
De maneira análoga, a Figura 29 indica que o hemisfério sul experimenta menor
incidência de radiação solar durante o solstício de inverno, entre os dias 21 e 22 de ju-
lho.
Entre os Solstícios temos posições intermediárias, conhecidas como Equinócios,
onde os dois hemisférios estão simetricamente dispostos em relação ao Sol. Com rela-
ção ao hemisfério sul, os equinócios de primavera e de outono ocorrem respectivamente
nos dias 22 de Setembro e 21 de Março. O Equinócio de Primavera refere-se ao hemis-
fério que está indo do Inverno para o Verão e Equinócio de Outono ao hemisfério que
está indo do Verão para o Inverno. A Figura 30 seguinte ilustra a posição de equinócio.
Figura 29. Incidência de raios solares no hemisfério norte durante o verão (fonte: internet6). A estampa da direita
ilustra uma imagem da terra, como se vista do sol, durante o solstício de verão (fonte: internet7). Com ba-se nesta imagem pode ser observada uma incidência praticamente perpendicular dos raios solares sobre a latitude de 23,5° N.
Figura 30. Incidência de raios solares durante o equinócio (fonte: internet12). A estampa da direita ilustra uma ima-
gem da terra, como se vista do sol, durante o equinócio (fonte: internet13). Com base nesta imagem pode ser observada uma incidência praticamente perpendicular dos raios solares sobre o equador.
No que diz respeito ao comprimento do dia, o maior dia do ano ocorre no solstício
de verão, a maior noite do ano acontece no solstício de inverno, e a duração do dia e da
noite é igual nos equinócios.
5.2. A DISPERSÃO DA ENERGIA SOLAR PELA ATMOSFERA
O padrão de distribuição da insolação é ligeiramente alterado sobre a superfície terrestre
devido principalmente ao efeito da atmosfera, pois esta possui o efeito de adsorver, re-
Figura 36. Comparação entre dados de radiação solar medidos, e calculados pelo modelo especificamente para o
dia 13/10/89. Foi considerada no modelo a condição de cobertura de nuvens equivalente a 100%.
Outro ponto a ser considerado na validação do modelo, é a variação sazonal da ra-
diação solar de acordo com as estações do ano. Com base na análise da Figura 33,
Figura 34 e Figura 35 pôde ser verificada a atenuação na intensidade de radiação solar
incidente durante a transição do verão para o inverno. Tal diminuição de intensidade é
função do aumento da declinação da terra em relação à incidência dos raios solares, que
ocorre no hemisfério sul durante o inverno. Com base nas avaliações acima descritas,
devido a boa concordância entre os dados medidos e calculados considerando diferentes
condições meteorológicas e sazonais, optou-se pela da metodologia de cálculo da radia-
ção solar proposta por MARTIN E McCUTCHEON (1999), descrita detalhadamente a
seguir.
A contribuição significativa da validação deste modelo é que passa a não ser ne-
cessária a obtenção de dados de campo de radiação solar que devem ser obtidos para
cada localidade em particular.
Descrição das equações do modelo para o cálculo da radiação solar:
A quantidade de radiação solar que incide na superfície da terra pode ser estimada por:
astSW CRaHH )1(0 −= (5.1)
onde H0 é a quantidade de radiação incidente no topo da atmosfera, at fator de transmis-
são de radiação solar através da atmosfera, Rs é o coeficiente de reflexão e Ca é a parce-
la de radiação solar que passa pelas nuvens. Cada item da equação acima será discutido
separadamente a seguir.
108
Radiação no topo da atmosfera (H0)
( ) ( )[ ] Γ⎭⎬⎫
⎩⎨⎧
−⎟⎠⎞
⎜⎝⎛+⎟
⎠⎞
⎜⎝⎛= if
sc hhr
HH sensencos
180cos12sen
180sen20 δπθ
πδπθ (5.2)
Os termos apresentados nesta equação são os seguintes:
Hsc = Constante solar. Varia em função de alguns fatores descritos anteriormente. O valor da constante empregada neste modelo foi de 1390 W/m2 ou 116,36 cal/cm²m
r = Distância relativa entre a terra e o sol:
( )⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ −+= yDr 186
3652cos017,01 π
→ Dy – dia juliano
θ = Latitude da localidade em graus δ = Declinação da terra em radianos:
( )⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ −= yD172
3652cos
18045,23 ππδ → Dy – dia juliano
hi=
hf =
Ângulo horário solar, em radianos, no início do período no qual H0 está sendo calculado:
( )( ) ( )π+⎥⎦⎤
⎢⎣⎡ +Δ−−π
= 212112
bathh sri
Ângulo horário solar, em radianos, no final do período no qual H0 está sendo calculado:
( ) ( )π+⎥⎦⎤
⎢⎣⎡ +Δ−π
= 21212
bathh srf
hr corresponde à hora do dia que varia de 1 a 24 e os coeficientes a e b são considerados como:
121121>−=
≤=
r
r
haha
p/p/
001
21
=<=
>−=
bbb
contráriocaso][se
acimaeqsnas][entretermoose π
O parâmetro Δt é numericamente equivalente à fração de hora requerida pelo sol para cruzar o céu entre o meridiano padrão e o meridiano local, sendo dado por:
( )mlmpa
s LLEt −=Δ15
Ea = -1 para longitude oeste e Ea = 1 para longitude leste. Lmp = Longitude padrão, segundo fusos horários padrões.
Lml = Longitude local Γ= Fator de correção para exposição diurna de radiação solar. Este parâmetro zera os valores de radia-
ção solar para horários maiores que o de poente e menores que o de nascente. Os horários de nas-cente e poente podem ser dados através das seguintes equações:
242
12cos
180cos
sen180
sencos12 1
+Δ+−=
+Δ+⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛
−= −
spn
sp
ttt
ttδπθ
δπθ
π
109
Fator de transmissão de radiação solar através da atmosfera (at)
A fração da radiação que alcança a superfície d’água após redução por absorção e espa-
lhamento pode ser estimada por:
( )( )ds
dt caR
caaa−−−−−+
=1
12
15,0115,0
(5.3)
Os termos apresentados nesta equação são os seguintes:
cd = Coeficiente devido às partículas em suspensão na atmosfera, que varia entre 0,0 e 0,13, possuindo um valor típico de 0,06.
a1 e
a2 =
Referem-se à transmissão da radiação através da atmosfera, que variam em função da umidade e da incidência dos raios solares em relação a atmosfera.
Pwc é a média diária de água precipitável contida na atmosfera, dada por: ( )dwc TP 0614,011,0exp85,0 +=
Td = temperatura do ponto de orvalho em ºC θam é a espessura da atmosfera a ser atravessada em função do ângulo de incidência da ra-diação solar computada em função da altitude do local (Z) e da elevação solar (α).
253,1
256,5
855,318015,0sen
2880065,0288
−
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ ++
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ −
=
παα
θ
Z
am
Nesta equação:
ehcoscos180
cossen180
sen
1tan
1
21
11
δπθδπθα
α
αα
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛+⎟
⎠⎞
⎜⎝⎛=
∴⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛
−= −
Coeficiente de reflexão na superfície da água (Rs):
A intensidade da reflexão da luz solar na superfície livre é dada por:
b
s aR ⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ απ
=180
(5.4)
Os termos apresentados nesta equação são os seguintes:
α = Elevação solar a e b Coeficientes que são função da cobertura de nuvens (apresentados abaixo).
A fração de radiação solar que passa pelas nuvens é dada por:
265,01 la CC −= (5.5)
Onde:
Cl = Percentual de cobertura de nuvens, podendo variar de 0 a 100%. Estes valores correspondem, res-pectivamente, as condições de céu totalmente claro e totalmente nublado.
111
6. ACOPLAMENTO DOS MODELOS O objetivo principal do acoplamento entre os modelos é tornar mais realista a modela-
gem da pluma de indicadores de contaminação fecal no ambiente marinho, a partir da
incorporação de variações temporais de todos os parâmetros envolvidos na modelagem,
sublinhados no fluxograma representado na Figura 37 a seguir. Este fluxograma tem
como objetivo esquematizar a metodologia a ser adotada no acoplamento entre os mo-
delos.
Figura 37. Esquematização da metodologia adotada no acoplamento dos modelos
A seguir é feita uma abordagem das etapas existentes no acoplamento entre os
modelos hidrodinâmico, campo próximo, campo afastado, decaimento bacteriano e ra-
112
diação solar. Para cada etapa de acoplamento esta abordagem é subdividida em duas
partes. A primeira apresenta uma concepção geral da metodologia empregada e segunda
aborda a implementação do modelo computacional e as sub-rotinas relacionadas.
6.1. DESCRIÇÃO DA METODOLOGIA
O campo de correntes gerado pelo modelo hidrodinâmico além de ser responsável pela
advecção do efluente, é também utilizado como dado de entrada para o modelo de cam-
po próximo. Este modelo por sua vez, juntamente com dados relativos ao perfil de den-
sidades entre o ponto de lançamento do efluente e a superfície do mar, é responsável
pela determinação das características da pluma, representadas pela máxima elevação
alcançada ao longo da coluna d’água e espessura. Estas características são imprescindí-
veis na quantificação da radiação solar incidente ao longo da espessura da pluma. As
variações horárias da intensidade de radiação solar, juntamente com valores de tempera-
tura e salinidade, são importantes na determinação das taxas de decaimento de bactérias
do grupo coliformes, fornecidas ao modelo de transporte. Este por fim, é utilizado na
determinação das concentrações de coliformes no meio. Neste trabalho propõe-se a
quantificação horária da taxa de decaimento bacteriano através do modelo de
MANCINI (1978). Os itens seguintes apresentam uma descrição das etapas do acopla-
mento.
6.1.1. Acoplamento entre o modelo hidrodinâmico e o modelo de campo pró-ximo
A Figura 38 a seguir ilustra esquematicamente o acoplamento entre o modelo hidrodi-
nâmico e o modelo de campo próximo.
As variações da vazão do efluente e dos perfis de densidade são fornecidas ao
modelo de campo próximo (NRFIELD) como arquivos de entrada. O campo de corren-
tes atuante sobre a tubulação difusora é calculado pelo modelo hidrodinâmico (SisBa-
HiA), e posteriormente fornecido ao modelo NRFIELD.
As variações verticais de densidade são diretamente responsáveis pelo processo de
mistura do efluente com o meio. Quanto maior for a estratificação do meio menos o
efluente se mistura com a água circundante, e, portanto menores são as elevações alcan-
çadas pela pluma.
113
Figura 38. Principais dados de entrada a serem inseridos no modelo de campo próximo (Zhang & Adams, 1999).
Os experimentos de laboratório que deram suporte ao desenvolvimento do modelo
NRFIELD, foram conduzidos com perfis uniformes de correntes. Cabe ressaltar que
mesmo mediante a esta simplificação, os resultados obtidos por este modelo são satisfa-
tórios quando comparados às observações realizadas em laboratório (ROBERTS et al.,
1989). Com base nisto, é razoável no acoplamento entre o modelo hidrodinâmico e o
modelo de campo próximo a adoção de correntes promediadas na vertical.
O ângulo da ação do campo de correntes em relação à tubulação difusora possui
influência significativa na determinação das características da pluma. Exemplos:
1. Há uma maior diluição do efluente quando a incidência de correntes é perpendi-cular à tubulação difusora;
2. Quando correntes atuam paralelamente à tubulação difusora são observadas maiores alturas alcançadas pela pluma;
3. A intensidade das correntes também possui influência na diluição do efluente e na máxima elevação alcançada pela pluma.
O objetivo do presente tópico é apresentar uma descrição conceitual desta etapa
de acoplamento. Uma descrição mais completa dos efeitos das variações de correntes,
densidades e vazão do efluente é apresentada no item 3.1 (Modelagem da Zona de Mis-
tura Ativa no Campo Próximo).
A determinação do ângulo de ação das correntes em relação à tubulação difusora é
feita de acordo com o procedimento a seguir:
Correntes
Perfis de densidade
Vazão do efluente
114
1. Considerando que as extremidades da tubulação difusora são representadas, respectivamente, pelos pontos (x1,y1) e (x2,y2), o coeficiente angular da reta
representada por estes pontos é dado por 12
12
xxyy
mdif −−
= ;
2. O coeficiente angular do vetor corrente é dado pela relação entre suas com-
ponentes horizontais e verticais: uvmU = ;
3. O ângulo (β) entre o vetor corrente e a tubulação difusora para cada passo de tempo é determinado por:
arctan1
dif U
dif u
m mm m
β⎛ ⎞−
= ⎜ ⎟⎜ ⎟+⎝ ⎠.
6.1.2. Acoplamento entre o modelo de campo próximo e o modelo de campo afastado.
A Figura 39 a seguir exemplifica os dados de entrada e os resultados fornecidos pelo
modelo de campo próximo. Nota-se a alta variação dos resultados ao longo do tempo.
Figura 39. Características da pluma no campo afastado obtidas a partir da modelagem do campo próximo (Zhang &
Adams, 1999).
SANTOS (1995), HORITA (1997) e ZHANG & ADAMS (1999) sugerem que o
acoplamento entre o modelo de campo próximo e o modelo de campo afastado seja feito
a partir da introdução da massa do contaminante no modelo de campo afastado, a partir
de uma região fonte cujas características coincidem com as da pluma. A Figura 40 a
seguir ilustra este esquema de acoplamento.
Correntes
Perfis de densidade
Vazão do efluente
Diluição do efluente
Elevação da pluma na coluna d’água
115
A adoção de uma região fonte para o lançamento do contaminante reside no fato
de que o ocorre em seu interior (campo próximo) não pode ser resolvido no modelo de
campo afastado. Isto se deve as diferentes escalas espaciais e temporais envolvidas nos
processos de mistura existente nestas duas regiões.
Figura 40. Posição de lançamento da massa do contaminante de acordo com a posição vertical da pluma, determi-
nada pelo modelo de campo próximo (Zhang & Adams, 1999).
As dimensões das regiões fontes dependem do conhecimento prévio da diluição e
espessura da pluma, determinadas na modelagem do campo próximo, e da vazão do
efluente. A dimensão vertical da região fonte corresponde à espessura (hn) da pluma,
representada na Figura 41. Com relação às dimensões horizontais, o comprimento é
constante e equivalente ao comprimento da tubulação difusora, e a largura é determina-
da através do procedimento descrito a seguir.
Figura 41. Representação esquemática da pluma de contaminantes e da geometria da região fonte.
A diluição (Sn) e a massa (M) do contaminante no campo próximo correspondem,
respectivamente a oen CCS = e tCQM ee Δ= , onde:
Ce = Concentração do contaminante emitida no meio Co= Concentração do contaminante no campo próximo Qe= Vazão do efluente Δt= Passo de tempo do modelo
Considerando que Ro VMC = e neo SCC = , onde VR é o volume da região fon-
te, chega-se a:
hn
116
tSQVV
tCQSC
neRR
ee
n
e Δ=⇒Δ
=
Substituindo o volume da região fonte, dado por nR hLBV = , na equação acima
determina-se a largura da região fonte, em função das variações da vazão do efluente e
sua diluição, e da espessura da pluma.
n
nenen Lh
tSQBtSQhLB
Δ=∴Δ=
A variação da largura da região fonte não representa um contexto significativo na
modelagem da pluma de contaminantes no campo afastado. Isto possui influência no
cálculo da concentração do efluente no campo próximo. Entretanto, de acordo com
FEITOSA (2003), esta variação é pouco relevante para o cálculo das concentrações do
campo afastado, uma vez que as dimensões do campo próximo são diminutas em rela-
ção ao domínio modelado.
A determinação da espessura e da máxima elevação atingida pela pluma é a pre-
missa mais relevante na modelagem do campo afastado por dois motivos principais:
• Quantificação da radiação solar incidente sobre a pluma, e conseqüentemente as reações cinéticas de decaimento do contaminante;
• Determinação da faixa do escoamento ao longo da coluna d’água responsável pela advecção do contaminante, e o cálculo da concentração do contaminante no campo afastado em função de sua espessura.
A seguir, para um maior esclarecimento, optou-se em apresentar a metodologia de
acoplamento em duas etapas distintas. A primeira refere-se à modelagem do decaimento
bacteriano e a segunda é referente à advecção e difusão do contaminante a partir do mo-
delo de transporte lagrangeano.
6.1.2.1. Geração das curvas de decaimento do contaminante e a modelagem do campo afastado
A variação da elevação da pluma ao longo da simulação influencia diretamente o deca-
imento bacteriano, em função da quantidade de radiação solar incidente que atinge a
superfície da pluma. Quanto maior a profundidade na qual a pluma se encontra, maior é
a atenuação da radiação solar. O modelo de decaimento bacteriano calcula os valores
horários das taxas de decaimento do contaminante em função da intensidade de radiação
solar incidente ao longo da espessura da pluma.
117
No sentido de ilustrar a importância do acoplamento entre o modelo de campo
próximo, e os modelos de radiação solar e decaimento bacteriano, são apresentadas cur-
vas de decaimento que fornecem “scripts” da perda temporal de massa do contaminante
ao modelo de transporte, a partir do instante do seu lançamento no meio. A seguir são
comparados dois diferentes cenários. O primeiro representa a condição de pluma super-
ficial (Figura 42). No segundo cenário (Figura 43), a pluma encontra-se submersa a 10
metros de profundidade. Cabe ressaltar que ambos cenários consideram as mesmas con-
dições de cobertura nebulosa e turbidez ao longo da coluna d’água.
As curvas apresentadas na parte inferior da Figura 42 e da Figura 43, representam
o fator de decaimento (perda de massa) do contaminante a partir do instante no qual são
lançados no meio. A letra F indicada na legenda das figuras representa a hora do lança-
mento do contaminante. A partir da estampa inferior da Figura 42 a seguir, pode ser
observado que 9 horas após seu lançamento a parcela do contaminante lançada pelo
emissário às 22h (curva F22), possui apenas 30% da sua massa inicial. Comparando a
Figura 42 e a Figura 43 a seguir, observa-se que em maiores profundidades há uma me-
nor perda de massa do contaminante em virtude da atenuação da radiação solar atuante
Figura 42. Cenário 1: A estampa superior ilustra a variação horária do T90, e a estampa inferior curvas de decai-
mento referentes à condição de verão com céu claro (0% de cobertura de nuvens) e pluma atingindo a superfície livre. Na legenda da estampa inferior, o número em seguida à letra F indica a hora do dia. E-xemplo: a parcela de efluente lançada pelo emissário às 17h (cf. curva F17), após 7 horas tem fator de decaimento = 0.40.
Figura 43. Cenário 2: A estampa superior ilustra a variação horária do T90, e a estampa inferior curvas de decai-
mento referentes à condição de verão com céu claro (0% de cobertura de nuvens) e pluma com seu limi-te superior situado a 10 metros de profundidade. Na legenda da estampa inferior, o número em seguida à letra F indica a hora do dia. Exemplo: a parcela de efluente lançada pelo emissário às 17h (cf. curva F17), após 14 horas tem fator de decaimento = 0.30.
Para os cenários acima mencionados ao longo do período de simulação a posição
da pluma ao longo da coluna d’água e sua espessura permanecem inalteradas. Nestas
simulações não é possível contemplar as variações no comportamento do efluente em
função das variações de densidade e do campo de correntes atuante sobre a tubulação
difusora, uma vez que não existe um acoplamento entre os modelos.
120
O objetivo do acoplamento proposto nesta seção é permitir que sejam inseridas
todas as variáveis que influem no comportamento da pluma, e que por sua vez são res-
ponsáveis pelas variações horárias que ocorrem na taxa de decaimento durante a simu-
lação. No sentido de se ilustrar a importância do acoplamento nas variações horárias das
taxas de decaimento, é apresentada uma comparação entre dois diferentes cenários, em
120 horas de simulação. No primeiro cenário não há o acoplamento, sendo deste modo
considerados valores médios de profundidade e espessura da pluma ao longo do período
simulado. Neste cenário são levadas em consideração, respectivamente, as seguintes
condições médias de profundidade e espessura da pluma, temperatura e salinidade: 3,5
m, 19,70 m, 20,8 °C e 35 ‰. O segundo cenário contempla o acoplamento. Neste caso,
para cada instante da simulação, as taxas de decaimento são computadas em função das
características da pluma no instante em questão. Cabe ressaltar que em ambos os cená-
rios foram consideradas condições sazonais e meteorológicas idênticas. Isto é, a influ-
ência da variação da intensidade de radiação solar atuante sobre a pluma de contaminan-
tes ocorre estritamente em função da posição da mesma ao longo da coluna d’água. Para
que esta influência possa ser levada em consideração é necessário o acoplamento entre o
modelo de campo próximo e o modelo de radiação solar.
A Figura 44 a seguir ilustra a variação da taxa de decaimento, representada pelo
parâmetro T90, ao longo de 120 horas de simulação de um efluente lançado a 27 metros
de profundidade, considerando os cenários supracitados.
Com base na análise da figura seguinte verifica-se que na condição onde não há o
acoplamento, a taxa de decaimento varia ciclicamente ao longo de toda simulação. Isto
decorre, pois nesta condição assume-se para todo o período simulado uma condição
constante de correntes e de perfil de densidades. Como resultado, a pluma é mantida a
uma profundidade e espessura constantes durante toda simulação, e neste caso a radia-
ção solar varia apenas em função das horas do dia. Com o acoplamento são incorpora-
das as atenuações na intensidade de radiação solar incidente sobre a pluma de contami-
nantes em função das variações da profundidade e espessura da mesma ao longo da si-
mulação. Como resultado verifica-se que a taxa de decaimento (T90) passa não variar
mais ciclicamente inclusive durante o período noturno, onde também passam a ser con-
sideradas no cálculo das taxas de decaimento as variações de temperatura e salinidade.
Neste caso o modelo de decaimento considera os valores destes parâmetros na faixa da
coluna d’água onde a pluma se estabiliza.
121
Figura 44. Variação do T90 ao longo da espessura da pluma. A estampa superior representa a simulação consi-
derando condições médias de profundidade, espessura da pluma, temperatura e salinidade supraci-tadas. A estampa inferior contempla a variação horária destes parâmetros. A pluma está representa-da pela superfície em tons de cinza.
6.1.2.2. Posição do contaminante ao longo da coluna d’água e sua advecção no campo afastado
Outra importante consideração a ser adotada no acoplamento entre o modelo de campo
próximo e o modelo de campo afastado é com relação à advecção do contaminante e a
variação da espessura da pluma na determinação do campo de concentrações do conta-
minante.
As velocidades associadas ao cálculo da posição da partícula são obtidas a partir
de um campo hidrodinâmico bidimensional. Isto é, o conjunto de partículas lançado no
meio é advectado horizontalmente pelo campo de correntes correspondente, no momen-
to em que a pluma se estabiliza, à parte central da mesma, determinada como a diferen-
ça entre a altura do topo da pluma e a metade de sua espessura. O campo de correntes
correspondente à faixa central da pluma é interpolado a partir dos campos de correntes
referentes aos pontos de cálculo previamente especificados no modelo hidrodinâmico.
122
Os pontos de cálculo são determinados previamente em posições específicas ao longo
da coluna d’água como parâmetros de entrada do modelo hidrodinâmico.
Na direção vertical são desprezados os deslocamentos verticais das partículas as-
sociados à velocidade de deposição do contaminante. Este procedimento é justificado,
considerando que o decaimento bacteriano por deposição no leito oceânico, em função
da associação destes microrganismos com particulados sólidos é de pequena relevância
(CHAMBERLIN & MITCHELL, 1978). Além do mais, a não consideração do decai-
mento em função também dos efeitos de deposição constitui uma abordagem mais con-
servativa, uma vez que não há transferência de massa do meio líquido para o fundo.
Outra importante característica a ser considerada no acoplamento entre os mode-
los é com relação à variação temporal da espessura da pluma. Esta espessura está dire-
tamente relacionada ao calculo da concentração do contaminante. De acordo com a a-
bordagem de calculo utilizada no modelo de transporte lagrangeano contido no SisBa-
HiA, a concentração do contaminante em cada célula da grade é obtida somando-se to-
das as parcelas de massa de contaminante alocadas à célula, e dividindo-se a soma pelo
volume da célula. Este volume está associado à espessura da pluma no campo afastado.
Considerando que na modelagem do campo afastado a escala horizontal é muito
superior em relação à vertical, a determinação da concentração media ao longo da es-
pessura da pluma é justificável.
O efeito da variação da espessura no calculo da concentração da pluma de conta-
minantes no campo afastado é ilustrado na Figura 45 a seguir. A partir da comparação
entre as estampas da direita e da esquerda pode ser observada a influência da variação
da espessura de mistura no calculo do campo de concentração da pluma. Nesta figura, a
estampa da esquerda representa as isolinhas de concentração de coliformes consideran-
do uma espessura de mistura de 5 metros. Na estampa da direita foi considerada uma
espessura de mistura de 20 metros. No sentido de se avaliar apenas a influência da vari-
ação da espessura da pluma, o contaminante foi considerado como conservativo, isto é,
não são consideradas nesta avaliação reações cinéticas de decaimento.
123
Figura 45. Comparação do calculo de concentração baseado em diferentes espessuras de mistura. A estampa da
esquerda representa uma espessura de mistura de 5 metros, enquanto a da direita representa uma es-pessura de mistura de 20 metros. Nesta comparação são desprezadas as reações cinéticas de decai-mento.
Com base nos resultados apresentados na Figura 45, verifica-se que quanto menor
a espessura de mistura maior é a concentração do efluente.
Entretanto, quando o decaimento bacteriano é também levado em consideração há
uma maior diminuição de concentração em plumas menos espessas. Isto ocorre uma vez
que a radiação solar é promediada ao longo da espessura da pluma. Em plumas menos
espessas, maior é a radiação solar média incidente nas mesmas, e conseqüentemente
menores são os níveis de concentração do contaminante em virtude das maiores taxas de
decaimento observadas nestas condições.
6.2. METODOLOGIA COMPUTACIONAL
Este item apresenta uma descrição de cada uma das etapas computacionais do acopla-
mento, incluindo a descrição das sub-rotinas empregadas em cada uma destas etapas.
Foi desenvolvido um algoritmo que, a partir da série temporal de correntes do modelo
hidrodinâmico, gera todas as informações necessárias ao modelo de transporte lagran-
geano para simulação da dispersão da pluma de contaminantes. Estas informações in-
cluem as taxas de decaimento, particulares para cada passo de tempo da simulação, e o
nível do campo de correntes responsável pela advecção da fonte contaminante lançada
no meio.
Inicialmente é informado ao modelo o nome de um arquivo principal, que contém
todas as informações necessárias para que o mesmo seja executado.
Este arquivo informa os locais e nomes dos arquivos referentes aos dados de cor-
rentes, vazão e concentração do efluente, perfis de densidades, dados meteoceanográfi-
124
cos, nome e local dos arquivos de saída. São também fornecidos neste arquivo dados
gerais que compreendem as seguintes informações:
• Número, diâmetro e espaçamento dos orifícios da tubulação difusora;
• Profundidade e Coordenada inicial e final da tubulação difusora;
• Densidade do efluente e número de pontos verticais dos perfis de densidade;
• Início e término da simulação;
• Hora, dia, mês e ano do início da simulação;
• Latitude e longitude do local onde é realizada a simulação;
• Passo de tempo e número de partículas lançadas por passo de tempo;
• Tipo do indicador de contaminação fecal.
São duas as possibilidades de escolha para indicadores de contaminação fecal: Es-
cherichia coli e enterococos. Os itens descritos a seguir apresentam cada etapa de cálcu-
lo do modelo, juntamente com as sub-rotinas empregadas.
6.2.1. Acoplamento entre modelo hidrodinâmico e o modelo de campo pró-ximo.
Nesta etapa há a leitura dos arquivos que compreendem as séries temporais: de corren-
tes, geradas pelo modelo hidrodinâmico; e dos perfis de densidade, dados de vazão e
concentração do efluente, fornecidos como dados de entrada na implementação do mo-
delo. Juntamente com os dados relativos ao efluente e às características da tubulação
difusora, fornecidos pelo arquivo geral descrito no item anterior, são determinadas em
cada intervalo de tempo as características da pluma no fim da região de mistura inicial.
A série temporal de correntes é constituída por um arquivo onde para cada intervalo de
tempo são fornecidos os módulos dos vetores de velocidade e suas componentes vx e vy.
O arquivo que inclui a série temporal de vazões do efluente também compreende a con-
centração do contaminante em questão, que é posteriormente empregada no acoplamen-
to com o modelo de transporte lagrangeano. Os dados de densidade são fornecidos por
um arquivo, cuja primeira linha indica as profundidades dos pontos de medição. As li-
nhas subseqüentes indicam para cada passo de tempo os valores de densidade corres-
pondente a estes pontos.
No sentido de facilitar a metodologia de cálculo empregada nesta etapa do aco-
plamento é apresentado o fluxograma indicado na Figura 46 a seguir incluindo as sub-
rotinas utilizadas em cada etapa de cálculo nesta fase de acoplamento.
125
Figura 46. Metodologia de cálculo empregada no acoplamento entre o modelo hidrodinâmico e o modelo de campo
próximo.
Com base neste fluxograma observa-se que a determinação das principais caracte-
rísticas da pluma depende basicamente de como o efluente é lançado no meio. Isto é,
conforme abordado anteriormente no item 3.1, o lançamento do efluente se dá através
de fontes, que podem se comportar como lineares ou pontuais, dependendo do espaça-
mento entre os orifícios da tubulação difusora.
A primeira etapa de cálculo executada pelo modelo é a determinação da máxima
elevação alcançada pela pluma. Subseqüentemente são calculadas a diluição do efluente
na região de mistura inicial, espessura da pluma, altura de máxima concentração e com-
primento da região de mistura inicial. A única ressalva a ser feita é com relação ao cal-
culo da espessura da pluma e da altura de máxima concentração no caso de fontes pon-
tuais, que necessitam previamente da máxima elevação alcançada pela pluma.
Como resultado desta etapa é gerado um arquivo que fornece para cada intervalo
de tempo as características da pluma supracitadas no fim da região de mistura inicial.
Adicionalmente são incluídas as séries temporais de vazões e correntes, dados referentes
às condições gerais da simulação e a relação entre os parâmetros s/lb e lm/lb. O primeiro
parâmetro é responsável pela caracterização do lançamento do efluente como fonte line-
ar ou pontual, e o segundo é relativo à quantidade de movimento do efluente lançado no
126
meio. Os resultados referentes às características da pluma obtidos nesta etapa são utili-
zados na próxima etapa de acoplamento descrita a seguir.
6.2.2. Acoplamento entre modelo de campo próximo e modelo de campo a-fastado.
Este item é subdividido em duas etapas, que concernem respectivamente ao decaimento,
e a advecção e concentração do contaminante. Aqui também são descritos os arquivos
necessários à implementação destas etapas do modelo, incluído as sub-rotinas emprega-
das e os arquivos de saída.
6.2.2.1. Geração das curvas de decaimento do contaminante e a modelagem do campo afastado
Esta etapa gera para cada instante de simulação as taxas de decaimento. Estas por sua
vez são utilizadas no cálculo da perda de massa do contaminante na modelagem do
campo afastado. A determinação da taxa de decaimento demanda, além da série tempo-
ral de temperatura e salinidade do meio, a quantificação da radiação solar incidente ao
longo da espessura da pluma. Para determinar a radiação, é necessário o conhecimento
prévio das condições geográficas, sazonais e meteoceanográficas, e da espessura e posi-
ção da pluma na coluna d’água.
As condições geográficas e sazonais são fornecidas ao modelo através do arquivo
geral descrito no item 6.2.. Um arquivo contendo séries temporais de temperatura de
ponto de orvalho, percentual de cobertura de nuvens, profundidade de Secchi, salinidade
e temperatura é fornecido ao modelo. A partir das séries temporais de temperatura de
ponto de orvalho, cobertura de nuvens e profundidade de Secchi, é determinada a atenu-
ação da radiação solar em seu percurso desde o topo da atmosfera até a superfície da
pluma. Os valores de temperatura e salinidade utilizados no cálculo do decaimento do
contaminante correspondem à posição na coluna d’água onde a pluma se encontra. A
espessura e a posição da pluma na coluna d’água são calculadas previamente pelo mo-
delo de campo próximo.
Com objetivo de se fornecer uma melhor descrição da metodologia de cálculo
desta etapa do modelo, é apresentado o fluxograma na Figura 47 a seguir. Neste estão
indicadas as etapas de cálculo e suas respectivas sub-rotinas.
127
Figura 47. Metodologia de cálculo empregada no acoplamento entre o modelo de campo próximo e o modelo de
campo afastado.
O fluxograma acima é executado para cada intervalo de tempo da simulação. A
primeira etapa de cálculo executada pelo modelo é a determinação do dia Juliano15, cor-
respondente ao início da simulação. O dia Juliano é um dado de entrada do modelo de
radiação solar, indicando a condição sazonal em que é realizada a simulação. Juntamen-
te com os dados referentes às condições meteorológicas e geográficas, a etapa subse-
qüente determina a intensidade de radiação na superfície livre. A partir daí, uma nova
etapa de cálculo estima a atenuação da radiação solar até atingir a superfície de pluma.
Esta atenuação ocorre em função posicionamento da pluma na coluna d’água e do nível
de turbidez ambiente. Com a radiação que atua efetivamente ao longo da espessura da
15 Dia Juliano é um sistema de contagem de tempo. Trata-se de uma seqüência de números inteiros contados ao longo de um ano, sendo definido como dia 1 a data referente a 1º de Janeiro.
128
pluma, juntamente com os valores de temperatura e salinidade, e o tipo de indicador de
contaminação fecal, é determinada a taxa de decaimento do contaminante para cada
instante da simulação.
A partir das taxas de decaimento são criados os arquivos temporais que informam
ao modelo de campo afastado às perdas de massa do contaminante a partir do instante
do seu lançamento no meio.
As perdas de massa curvas são fornecidas ao modelo através de arquivos indivi-
duais.
6.2.2.2. Posição do contaminante ao longo da coluna d’água e sua advecção no campo afastado
Nesta etapa é gerado um arquivo que contém as informações individuais das fontes a
serem utilizadas pelo modelo de transporte na modelagem do contaminante no campo
afastado. Estas informações são caracterizadas por:
• Velocidade de sedimentação do contaminante (desprezada neste trabalho);
• Coordenadas horizontais e a coordenada vertical do centro da região fonte;
• Comprimento e largura da região fonte;
• Ângulo do eixo da tubulação difusora com a direção horizontal;
• Tempo inicial e final do lançamento de partículas na fonte;
• Vazão e concentração do efluente;
• Nome e caminho dos arquivos das curvas de decaimento;
• Espessura da pluma no campo afastado.
Algumas destas informações são apenas reescritas no arquivo, como por exemplo,
os dados de vazão do efluente e o número de partículas lançadas por passo de tempo.
Outras, a exemplo da orientação da tubulação difusora e das coordenadas horizontais da
região fonte, são calculadas a partir das coordenadas iniciais e finais desta tubulação. A
coordenada vertical da região fonte é determinada, conforme descrito anteriormente no
item 6.1.2, a partir dos resultados do modelo de campo próximo (espessura e altura do
topo da pluma). O comprimento da região fonte é determinado a partir do espaçamento
e número de orifícios da tubulação difusora fornecidos pelo arquivo geral. A partir desse
comprimento, da diluição e espessura da pluma, da vazão do efluente, e passo de tempo
do modelo, é determinada a variação temporal da largura da região fonte. O nome e
caminho dos arquivos das curvas de decaimento são gerados internamente na sub-rotina.
129
A espessura da fonte estabelecida no campo afastado é utilizada no cálculo da
concentração do contaminante. Para cada fonte, o cálculo da concentração do contami-
nante lançado no meio está diretamente ligado a variação temporal de sua espessura.
6.3. APLICAÇÕES
Com objetivo de avaliar a influência da variação dos parâmetros ambientais na modela-
gem de microrganismos indicadores de contaminação fecal, foram efetuadas simulações
considerando o acoplamento dos modelos: hidrodinâmico; campo próximo, radiação
solar, decaimento bacteriano e campo afastado.
O conhecimento do campo de concentrações de microrganismos indicadores de
contaminação fecal, discretizado em isolinhas de concentração, é de grande valia na
delimitação de áreas, onde as concentrações do contaminante no corpo d’água encon-
tram-se em limites superiores aos aceitáveis. Estas isolinhas, apresentadas nas simula-
ções propostas neste capítulo possuem como concentrações impróprias valores superio-
res a 1000 NMP Coliformes termotolerantes (fecais)/100ml.
A determinação da espessura e a máxima elevação alcançada pela pluma são im-
prescindíveis na geração da curva de decaimento que um determinado conjunto de par-
tículas obedecerá, em função da hora que são lançadas no meio. Isto se deve, em virtude
da atenuação que a radiação solar experimenta à medida que penetra na coluna d’água.
A seguir são apresentadas simulações hipotéticas da dispersão de efluentes sanitá-
rios no meio liquido, em condições ambientais semelhantes às encontradas em ambien-
tes costeiros. Estas simulações possuem um período de 5 dias. Nelas se avalia a influên-
cia da variação simultânea dos diferentes parâmetros ambientais envolvidos na modela-
gem de efluentes sanitários. Para isto considerou-se o lançamento do efluente em canal
com 50 km de extensão, sob ação de um campo de correntes permanente e uniforme de
0,25 m/s.
A Tabela 26 apresenta uma descrição geral dos parâmetros utilizados na simula-
ção.
130
Tabela 26. Parâmetros empregados nas simulações.
Posição geográfica da simulação Latitude Longitude
23° S 43° W Início da simulação
Hora Dia Mês Ano 15 15 01 2007
Tubulação difusora N° de orifícios Diâmetro
dos orifícios (m) Espaçamento
entre orifícios (m) Profundidade
de descarga (m) 180 0,17 5 33
Efluente Densidade (kg/m³) Vazão (m³/s) Concentração (NMP coliformes termotolerantes (fe-
cais)/100ml) 998 6 1.108
Condições meteoceanográficas % de cobertura de nuvens Profundidade de Secchi (m)
0 10
Sob as condições descritas anteriormente as simulações seguintes estão divididas
em dois diferentes cenários.
O primeiro cenário tem como objetivo avaliar a influência apenas da variação da
espessura da pluma no campo de concentrações de coliformes termotolerantes (fecais).
Nesta simulação foi considerada uma variação da espessura de 20 para 10 m. Nos dois
primeiros dias a pluma apresenta uma espessura de 20 metros. A partir daí, a pluma
varia linearmente até atingir a espessura de 10 metros, mantida constante até o final da
simulação. Em toda simulação a pluma está submersa 5 metros. Temperatura, salinidade
e a radiação solar são supostas constantes. Nesta condição a taxa de decaimento do con-
taminante não varia durante a simulação (T90 = 10 hs). A Figura 48 representa esquema-
ticamente a variação temporal da pluma ao longo da simulação.
0.00
5.00
10.00
15.00
20.00
25.00
30.00
0 24 48 72 96 120
Tempo (hs)
Prof
undi
dade
(m)
Figura 48. Variação temporal da espessura pluma durante a simulação.
131
A Figura 49 a seguir apresenta a variação no campo de concentração de colifor-
mes termotolerantes (fecais) à medida que ocorre uma diminuição na espessura da plu-
ma. Nesta figura são ilustrados dois instantes da simulação. O primeiro (estampa supe-
rior) corresponde ao final do segundo dia de simulação (48 horas) e o segundo (estampa
inferior) corresponde ao inicio do quarto dia de simulação (72 horas). Entre estes instan-
tes a espessura da pluma variou de 20 para 10 metros. A escala de cor apresentada jun-
tamente com a figura representa os níveis de concentração de coliformes termotoleran-
tes (fecais).
Figura 49. Isolinhas de concentração de coliformes termotolerantes (fecais) em dois diferentes instantes de simula-
ção. Na estampa superior a pluma apresenta espessura de 20 metros, e na estampa inferior a espessura equivale a 10 metros. As escalas horizontais referem-se à distância em metros.
Observando na figura acima se verifica um ligeiro aumento no campo de concen-
trações do efluente à medida que a espessura da pluma diminui. Conforme abordado
anteriormente este aumento no campo de concentrações é devido à menor espessura de
mistura do efluente. No entanto esta simulação trata-se de uma condição hipotética, uma
vez que as variações na espessura da pluma ocorrem simultaneamente com as variações
da elevação da pluma.
O segundo cenário simula a variação simultânea da profundidade e espessura da
pluma. Esta condição ocorre na prática quando a densidade do meio, inicialmente ho-
mogênea (no instante zero da simulação), passa a variar com a profundidade. Posto isto,
a simulação seguinte considera hipoteticamente ao longo de cinco dias de simulação
variações do perfil de densidades apresentadas na Figura 50 a seguir.
132
0
5
10
15
20
25
30
35
24.3 24.5 24.7 24.9 25.1 25.3 25.5
Densidade (kg/m³ -sigma-T)
Prof
undi
dade
(m)
24 h
48 h
72 h
96 h
120 h
Figura 50. Variação da densidade, ao longo dos cinco dias de simulação.
A Figura 51 apresenta a variação temporal da profundidade e espessura da pluma
ao longo dos cinco dias de simulação. Juntamente com esta informação, é também apre-
sentada a variação da radiação solar atuante sobre a pluma, e da taxa de decaimento
bacteriano, representada pelo parâmetro T90. A estampa inferior ilustra a variação tem-
poral da massa do contaminante.
Figura 51. Variação temporal da pluma ao longo da coluna d’água, radiação solar incidente sobre a pluma e taxa
de decaimento em cada um dos instantes acima descritos.
133
Com base na Figura 51 se verifica que massa do contaminante se alterna entre va-
lores máximos e mínimos. Os máximos acúmulos de massa ocorrem por volta das 6
horas da manhã, em virtude do reduzido decaimento bacteriano durante o período no-
turno. Em contrapartida, as menores concentrações ocorrem 11 e 15 horas, em virtude
da ação mais intensa da radiação solar.
Durante o período diurno, o decaimento bacteriano diminui com a mitigação da
radiação solar atuante sobre a pluma à medida que esta submerge (cf. Figura 51). Esta
submersão gradativa da pluma ocorre em função da estratificação da coluna d’água.
Como conseqüência da diminuição do decaimento bacteriano há um aumento gradativo
da massa de contaminante existente no meio.
A Figura 52 representa a variação do campo de concentrações de coliformes ter-
motolerantes (fecais) em quatro diferentes instantes da simulação. A pluma inicialmente
superficial começa a ter seu campo de concentrações aumentado à medida que submer-
ge, em virtude da mitigação da radiação solar com a profundidade. Todas as estampas
da figura seguinte referentes ao campo de concentrações dizem respeito às 12 horas de
cada dia de simulação (16/01 a 19/01).
Figura 52. Isolinhas de concentração de coliformes termotolerantes (fecais) em cinco diferentes instantes de simula-ção. As escalas horizontais referem-se à distância em metros.
Outra importante observação a ser destacada é com relação ao decaimento durante
o período noturno. Na ausência de radiação solar, o decaimento bacteriano passa a ser
governado pelas variações de temperatura e salinidade. No cenário em questão, a varia-
ção do perfil de densidades foi governada pela diminuição gradual da temperatura nas
134
camadas inferiores da coluna d’água. Com isto, observa-se uma diminuição gradual do
decaimento ao longo do período noturno. (cf. Figura 51).
A Figura 53 ilustra o campo de concentrações de coliformes termotolerantes (fe-
cais) durante o período noturno. São comparados dois diferentes instantes referentes,
respectivamente, às 6 horas dos dias 17 e 20.
Figura 53. Isolinhas de concentração de coliformes termotolerantes (fecais) durantes dois diferentes instantes duran-
te o período noturno. As escalas horizontais referem-se à distância em metros.
As diferenças nos campo de concentrações observadas entre os instantes acima
ocorrem devido ao aumento do decaimento e as concentrações de “background” exis-
tentes nos instantes anteriores aos especificados acima. No caso do dia 17 (6 horas), as
partículas lançadas pelo modelo referentes ao dia anterior sofrem maior degradação da
radiação solar, em virtude da pluma estar na superfície livre. Já no caso do dia 20 (6
horas), há uma contribuição de massa das partículas lançadas em instantes de tempo
anteriores. Isto ocorre em virtude da submersão da pluma. Mesmo as partículas lançadas
durante o dia contribuem para o aumento do campo de concentrações observado durante
a noite.
As simulações apresentadas neste item permitem verificar a importância do aco-
plamento entre os modelos hidrodinâmico; campo próximo; radiação solar e decaimento
bacteriano; e campo afastado. O emprego destes modelos em conjunto permite que a
modelagem de microrganismos indicadores de contaminação fecal seja sensível a varia-
ção simultânea de todos os parâmetros ambientais envolvidos, objetivando tornar a ava-
liação dos impactos promovidos pelo lançamento de efluentes domésticos mais consis-
tentes e próximos da realidade.
135
7. ESTUDO DE CASO: EMISSÁRIOS DE SALVADOR A região em estudo localiza-se na porção nordeste do litoral brasileiro na região metro-
politana de Salvador – BA, aproximadamente a 13º S e 38,5ºW. A região costeira de
Salvador é marcada pela presença da Baía de Todos os Santos (BTS) a oeste e sua ver-
tente voltada para o oceano em sua porção sul/sudeste. A Figura 54 ilustra a localização
da região em estudo.
Figura 54. Localização da região em estudo (Google maps).
Em virtude do crescimento populacional elevado nas últimas décadas, a Região
Metropolitana de Salvador tem sofrido influências antrópicas expressivas. Os rios con-
tribuintes à vertente Oceânica de Salvador assim como os contribuintes à vertente BTS
de Salvador são os principais veículos de contaminação das águas nas praias e região
costeira.
O Sistema de Esgotamento Sanitário de Salvador foi planejado considerando duas
grandes vertentes de drenagem: a vertente oceânica e a vertente baía, que drenam para o
Oceano Atlântico e Baía de Todos os Santos respectivamente (cf. Figura 55). Até o ano
de 1995, apenas uma pequena parte do sistema de esgotamento de Salvador estava im-
plantado. Até então, o esgoto coletado na área atendida pela rede pública, era encami-
nhado ao Sistema de Disposição Oceânica de esgotos do Rio Vermelho - SDORV, que
atendia aproximadamente 20% dos 2,6 milhões de habitantes da cidade de Salvador em
meados da década de 1990 (TOPÁZIO, 2003).
O SDORV foi implantado em meados da década de 1970, e vem operando abaixo
da sua capacidade instalada, que corresponde a vazão de 8,3 m3/s. A rede implantada até
a década de 1990 coletava pouco mais de 1,0 m3/s. O Governo do Estado, considerando
a capacidade ociosa instalada do SDORV, optou por fazer a reversão dos esgotos da
136
vertente baía para a vertente oceânica buscando atingir a plena carga do emissário insta-
lado. Atualmente toda rede implantada drena seus esgotos para o Sistema de Disposição
Oceânica de Esgoto do Rio Vermelho (TOPÁZIO, 2003).
Figura 55. Disposição das vertentes da região metropolitana de Salvador (Topázio, 2003).
De acordo com a Revisão e Atualização do Plano Diretor de Esgoto de Salvador -
RAPDES (CONSÓRCIO GEOHIDRO / HIGESA / HYDROS / LATIN CONSULT, 1995), no
ano de 2005 as vazões máximas do sistema atingiriam valores superiores ao da capacidade insta-
lada no SDORV, necessitando o sistema de outra solução para disposição final dos esgotos. A
solução indicada pela RAPDES foi a construção de um segundo emissário (TOPÁZIO, 2003).
O estudo de caso proposto neste capitulo refere-se a modelagem conjunta da plu-
ma do SDORV com uma das alternativas propostas no estudo de otimização do posicio-
namento do futuro Sistema de Disposição Oceânica (SDO) do Jaguaribe/Boca do Rio,
conforme ilustra a Figura 56 seguinte. Neste estudo optou-se por apresentar a alternativa
referente ao eixo 1 (SDOJ) por se tratar, ligeiramente, de uma condição menos favorá-
vel no que diz respeito às garantias de balneabilidade. Maiores detalhes a respeito do
estudo das alternativas referentes aos eixos 1 e 4 são apresentados em ROSMAN, 2004.
137
Figura 56. Região do SDORV e localização das alternativas para o eixo da futura tubulação do sistema de dis-
posição oceânico.
A Tabela 27 a seguir indica as principais características dos Sistemas de Disposi-
ção Oceânica empregados neste trabalho. Nos itens seguintes são apresentadas todas as
considerações adotadas na modelagem.
Tabela 27. Características dos Sistemas de Disposição Oceânica SDORV e SDOJ.
Coordenadas do fim do difusor 8.563.912 (N) 567.597 (E) 8.559.423 (N) 555.156 (E) Extensão total do emissário (m) 3920 2350
Extensão do difusor (m) 393 350 Número de difusores 78 70
Diâmetro dos difusores (m) 0.15 0.15 Espaçamento entre os difusores (m) 5.1 (alternados)16 5 (alternados)
Vazão (m3/s) 5.0 6.6 Profundidade de lançamento do efluente (m) 33 27
Concentração inicial de E.coli : C0 (UFC/100mL) 3×108 3×108
7.1. DOMÍNIO MODELADO E MALHA DE DISCRETIZAÇÃO
O domínio considerado inclui a Baía de Todos os Santos e cercanias, sendo basicamente
o mesmo para o qual já se desenvolveram modelos com o SisBAHIA®. Tais modelos já
foram calibrados e validados em várias aplicações desde o ano de 2000 (ROSMAN et
al., 2000, I, II, III e IV). Entretanto, para este projeto adotou-se uma malha mais refina-
da e otimizada em diversos aspectos. Esta otimização e refinamento da malha focou na
região dos emissários do Jaguaribe e Rio Vermelho, de modo a propiciar simulações
adequadas do escoamento e do transporte de plumas efluentes.
16 - Alternados em cada lado da tubulação. Isto é, dado um furo de um lado da tubulação, o furo seguinte ocorre na face diametralmente oposta da tubulação, distante a 5,1 metros do furo anterior.
138
A Figura 57 apresenta o domínio considerado na modelagem e a batimetria como
vista pelo modelo. Os dados de batimetria com os quais se construiu o mapa da figura
seguinte são os contidos nos pontos da malha de discretização apresentada na Figura 58.
Estes dados foram retirados de cartas náuticas da Diretoria de Hidrografia e Navegação
da Marinha do Brasil.
Figura 57. Batimetria como vista pelo modelo, com base nos dados da malha de discretização do domínio da BTS
considerado.
A Figura 58 ilustra o domínio discretizado. Esta discretização, em 3 dimensões, é
composta por uma pilha de 21 malhas de elementos finitos biquadráticos, contendo um
total de 21×1499 elementos e 21×6858 pontos.
Figura 58. Domínio tridimensional da BTS discretizado com uma pilha de 21 malhas contendo 21× 1499 elementos
Os dados utilizados na modelagem compreendem: marés, ventos e vazões dos principais
rios afluentes. Uma descrição completa destes dados, juntamente com a calibração e
validação do modelo hidrodinâmico empregado neste trabalho é apresentada em
ROSMAN (2003). Os parágrafos seguintes apresentam uma breve descrição dos dados
utilizados.
As curvas de maré utilizadas foram produzidas a partir de constantes harmônicas
na costa oceânica de Salvador, determinadas durante as campanhas de campo de 1999
pelo Consórcio Hydros-CH2MHill.
Os dados de vento utilizados foram medidos na estação anemométrica de Amara-
lina (Salvador) na posição 13° 00' 55.3" S e 38° 28' 47.7" W.
No que diz respeito a circulação hidrodinâmica costeira a inclusão de vazões flu-
viais dos rios que afluem na Baia de Todos os Santos é irrelevante. Entretanto, de modo
a preservar o realismo dos escoamentos em locais próximos às embocaduras dos rios
principais, as vazões dos rios dos principais rios também estão contempladas no mode-
lo.
7.3. PADRÕES DE CORRENTES
A circulação hidrodinâmica na Baía de Todos os Santos é dominada por forças motrizes
que estão associadas à maré e aos ventos predominantes. O escoamento relevante na
baía é barotrópico, isto é, os gradientes horizontais de pressão devido a declives da su-
perfície livre são muito maiores que os devidos às variações horizontais de densidade.
Com isto, na caracterização da circulação deste corpo d’água, considera-se pertinente o
uso de um modelo de circulação hidrodinâmico que não inclua efeitos baroclínicos
(XAVIER, 2002).
De acordo com TOPÁZIO (2003), a partir de campanhas oceanográficas realizadas,
nos meses de janeiro e maio/junho de 1999, constatou-se que o comportamento hidrodinâ-
mico da área do Rio Vermelho é controlado fundamentalmente pela maré, enquanto que na
área do Jaguaribe o vento aparece como principal forçante hidrodinâmico.
Os ventos sopram predominantemente de SE, durante quase todo o ano, a exceção
dos meses de novembro a janeiro, quando começam a soprar com mais freqüências os
ventos de E e NE. Durante os meses de outono e inverno verifica-se freqüentemente a
ascensão de frentes frias acompanhadas de ventos fortes de sul e sudeste, se deslocando
140
do sul do país em direção ao nordeste. De acordo com XAVIER (2002) é na região de
mar aberto que o efeito da maré meteorológica, mais comumente observada no inverno,
se manifesta com clareza sobre a circulação. Nessa situação, foram observadas correntes
residuais nas proximidades da costa de 20 cm/s a 30 cm/s na direção nordeste, tanto na
análise dos dados de corrente como na modelagem numérica da circulação residual.
As Figuras a seguir representam os padrões de corrente nas situações de maré va-
zante e enchente, quadratura e sizígia, e em condições típicas de verão e inverno. Uma
análise mais detalhada do padrão de correntes na região em diferentes instantes ao longo
dos ciclos de maré é apresentada por ROSMAN et al., (2003, I e II).
7.3.1. Verão
A Figura 59 e a Figura 60 apresentam mapas de circulação hidrodinâmica 2DH, em
situação de meia maré enchente e meia maré vazante de quadratura e sizígia. Durante o
cenário de verão é observado nas imediações do emissário de Jaguaribe um campo de
correntes direcionado para sudoeste, seguindo o padrão de ventos comum na condição
de bom tempo. Entretanto, cabe ressaltar que o comportamento hidrodinâmico no entor-
no do emissário do Rio Vermelho sofre considerável influência das correntes de maré.
141
Figura 59. Condição de quadratura. As estampas superior e inferior representam respectivamente o campo de velo-
cidades 2DH durante a meia maré enchente e a meia maré vazante.
142
Figura 60. Condição de sizígia. As estampas superior e inferior representam respectivamente o campo de velocida-
des 2DH durante a meia maré enchente e a meia maré vazante.
7.3.2. Inverno
As figuras seguintes apresentam uma inversão do padrão de correntes existente durante
a condição de bom tempo a partir da passagem de uma frente fria pela região. A Figura
143
61 apresenta mapas de circulação hidrodinâmica 2DH, em situação de meia maré en-
chente e meia maré vazante de quadratura. Durante este período a circulação era domi-
nada pela condição de bom tempo, com as correntes rumando em direção ao quadrante
sul.
Figura 61. Condição de quadratura. As estampas superior e inferior representam respectivamente o campo de velo-
cidades 2DH durante a meia maré enchente e a meia maré vazante.
144
A Figura 62 seguinte mostra a inversão do campo de correntes durante a passagem
de uma frente fria pela região durante a condição de sizígia. Nesta figura pode ser ob-
servada a inversão das correntes na região do SDORV mesmo durante a maré enchente.
Figura 62. Condição de sizígia. As estampas superior e inferior representam respectivamente o campo de velocida-
des 2DH durante a meia maré enchente e a meia maré vazante.
145
7.4. MODELAGEM DA PLUMA DE CONTAMINANTES
Face às considerações feitas no item 2.3, o presente estudo considera as bactérias Es-
cherichia coli como contaminantes de referência. De acordo com a resolução
CONAMA n° 357 de 2005, esta bactéria é a única espécie do grupo dos coliformes ter-
motolerantes cujo habitat exclusivo é o intestino humano e de animais homeotérmicos,
onde ocorre em densidades elevadas.
A determinação do campo de concentrações referente à da pluma de contaminan-
tes é de grande importância na delimitação das áreas, a partir das quais, as concentra-
ções do contaminante no corpo d’água encontram-se em limites aceitáveis de balneabi-
lidade. Os campos de concentração referentes aos resultados apresentados neste capítulo
possuem como limites aceitáveis valores inferiores a 800 E.coli/100ml de acordo com a
resolução CONAMA n° 274 de 2000. Estes campos de concentração também englobam
limites de concentração classificados como excelentes referentes às concentrações infe-
riores a 200 E.coli/100ml.
Considerando que a radiação solar é o fator de maior relevância na determinação
das cinéticas de decaimento, se faz necessário durante o período da simulação a aquisi-
ção de dados referentes aos fatores que atuam direta ou indiretamente na atenuação da
radiação solar. Esta atenuação ocorre, tanto através da propagação da luz pela atmosfera
quanto pelo meio líquido, até a posição onde a pluma de contaminantes se encontra ao
longo da coluna d’água. O principal fator responsável pela atenuação da luz solar na
atmosfera é o percentual de cobertura existente ao longo do período simulado. De ma-
neira similar os registros de profundidade de Secchi indicam indiretamente o grau de
penetração da luz solar no meio liquido.
A variação vertical de densidade entre o ponto de lançamento do efluente e a su-
perfície livre contribui para a mistura do efluente com o meio, e conseqüentemente pos-
suem influência direta nas características da pluma. A determinação da espessura e da
máxima elevação alcançada pela pluma ao longo da coluna d’água é imprescindível nas
cinéticas de decaimento do contaminante. Estas características da pluma irão determinar
no meio aquático a fração da radiação solar incidente na superfície livre que efetiva-
mente irá atuar ao longo da espessura da pluma.
A modelagem do lançamento simultâneo de efluentes a partir dos Sistemas de
Disposição Oceânicos do Rio Vermelho e Jaguaribe contempla o comportamento das
146
plumas efluentes em dois cenários distintos: verão e inverno. A Tabela 28 a seguir indi-
ca o período de simulação da pluma de contaminantes em cada um destes cenários.
Tabela 28. Período de simulação dos cenários de verão e inverno.
Cenário Início Fim Verão 25/01/2003 12:00 04/02/2003 00:00
Inverno 26/05/2003 12:30 05/06/2003 00:30
7.4.1. Dados utilizados na modelagem da pluma de E.coli
Densidade: A Figura 63 seguinte apresenta de modo sumarizado a variação de densida-
de ao longo dos períodos citados na Tabela 28 acima. Estes dados foram obtidos a partir
de medições durante a 1ª e 2ª Campanhas de campo realizadas pelo Consórcio SDO
Hydros-CH2MHILL e a EMBASA, realizadas durantes os meses de Janeiro, Fevereiro,
Maio e Abril de 2003.
Figura 63. Variação sumarizada dos perfis de densidade ao longo do período de simulação para as condições de
verão e inverno.
147
A partir da Figura 63 acima pode ser observadas maiores variações nos perfis de
densidade durante o verão. As características da estratificação pelas variações de densi-
dade na área do emissário submarino do Rio Vermelho foram avaliadas em estudo reali-
zado em 1993 (GEOHIDRO, 1993, apud TOPÁZIO, 2003), configurando maiores gra-
dientes de densidade durante o verão. Neste mesmo estudo as variações de densidade na
coluna d’água foram mínimas, durante o inverno.
Cobertura de nuvens e profundidade de Secchi: Dados de cobertura de nuvens rela-
tivos à cidade de Salvador para os períodos citados na Tabela 28 foram obtidos através
da Rede de Meteorologia do Comando da Aeronáutica – REDEMET17. Na ausência de
dados de profundidade de Secchi na região de Salvador, foram empregados dados de
medições realizadas ao largo da costa do Rio de Janeiro (CEDAE, 1988). Apesar de se
tratar de locais distintos acredita-se que não haja diferenças muito significativas, uma
vez que os dados do Rio de janeiro foram coletados a aproximadamente 4,5 km da cos-
ta, estando deste modo menos sujeito aos aportes de águas continentais. Estes dados são
apresentados na forma de gráficos na seção seguinte.
7.4.2. Resultados
Os resultados aqui apresentados são divididos em dois cenários distintos: verão e inver-
no. Em cada um destes cenários os resultados são apresentados em duas etapas. A pri-
meira concerne no acoplamento inicial do modelo hidrodinâmico com o modelo de
campo próximo e de decaimento bacteriano. Esta etapa gera todos os “scripts” de deca-
imento do contaminante em função das diversas variáveis ambientais envolvidas no
problema. A segunda etapa refere-se à modelagem da advecção e concentração do con-
taminante a partir dos resultados obtidos na etapa anterior.
Inicialmente se seguem os resultados da primeira etapa de acoplamento respecti-
vamente para o SDORV e SDOJ durante o período de simulação. Estes resultados são
apresentados por figuras subdivididas em três estampas: estampa superior representa as
variações temporais da cobertura de nuvens e em função disto da radiação solar atuante
na superfície livre; a estampa central representa as variações temporais (espessura e
posição) da pluma e das diferenças de densidade entre a superfície livre e o ponto de
lançamento do efluente; e a estampa inferior representa a variação temporal da radiação
17 Vide www.redemet.aer.mil.br
148
solar, em função das atenuações provocadas pelas variações: de turbidez, representadas
pela profundidade de Secchi; e das profundidades da pluma. A partir desta variação da
radiação solar, é representada nesta mesma estampa a variação da taxa de decaimento
(T90). Com base na Figura 64 e Figura 65 (cenário de verão) e na Figura 83 e Figura 84
(cenário de inverno), pode ser observada uma elevada variabilidade da taxa de decai-
mento, obedecendo a um comportamento acíclico, diferentemente do que ocorre quando
o acoplamento não é levado em consideração. O decaimento do contaminante depende
indiretamente da ação dos fatores ambientais e do posicionamento da pluma, uma vez
que estes fatores regulam a mitigação da radiação solar. Durante o período noturno o
decaimento do contaminante passa a ser governado pela ação conjunta da temperatura e
salinidade. Apesar das pequenas variações observadas na taxa de decaimento durante o
período noturno, o conhecimento da elevação da pluma permite determinar o decaimen-
to a partir dos valores de temperatura e salinidade na posição considerada.
Em seguida são apresentados os resultados dos mapas de isolinhas de contagem
de E.coli em pluma efluente do SDORV funcionando em conjunto com SDOJ para dife-
rentes instantes de tempo da simulação. As figuras referentes a estes resultados apresen-
tam, para cada um dos emissários, também informações a respeito das características
ambientais e da pluma no instante considerado.
7.4.2.1. Verão
A Figura 64 e a Figura 65 a seguir representam durante a condição típica de verão
respectivamente para o SDOJ e SDORV, a variação temporal de todos os parâmetros
envolvidos na modelagem do contaminante no campo afastado. Para ambos os emissá-
rios foram consideradas as mesmas variações temporais de cobertura nebulosa e pro-
fundidade de Secchi. Com isto, entre os dois emissários, a diferença de radiação solar
incidente sobre as respectivas plumas irá depender exclusivamente da elevação e espes-
sura da pluma.
Durante o cenário de verão houve um aumento no percentual médio de cobertura
de nuvens na segunda metade do período simulado. Considerando que ao longo de toda
simulação as plumas de ambos os emissários permanecem submersas em profundidades
relativamente constantes, a influência significativa nas taxas de decaimento se deve a
variação no percentual de cobertura de nuvens.
Conforme ilustra a Figura 63, a submersão das plumas resulta da maior estratifi-
cação que ocorre no verão.
149
Figura 64. Cenário de verão. Variação temporal dos parâmetros ambientais, das características da pluma e da taxa
de decaimento ao longo do verão. A estampa superior ilustra as variações temporais da cobertura de nu-vens e da radiação solar na superfície livre. A estampa central representa as variações da elevação e es-pessura da pluma e das diferenças de densidade entre a superfície livre e o ponto de lançamento do e-fluente. A estampa inferior representa a variação temporal da radiação solar, em função das variações da profundidade de Secchi e das posições da pluma no meio, e as variações do T90. Condição referente ao Sistema de Disposição Oceânica do Jaguaribe (SDOJ).
150
Figura 65. Cenário de verão. Variação temporal dos parâmetros ambientais, das características da pluma e da taxa
de decaimento ao longo do verão. A estampa superior ilustra as variações temporais da cobertura de nu-vens e da radiação solar na superfície livre. A estampa central representa as variações da elevação e es-pessura da pluma e das diferenças de densidade entre a superfície livre e o ponto de lançamento do e-fluente. A estampa inferior representa a variação temporal da radiação solar, em função das variações da profundidade de Secchi e das posições da pluma no meio, e as variações do T90. Condição referente ao Sistema de Disposição Oceânica do Rio Vermelho (SDORV).
151
As diferenças observadas entre os resultados dos SDOJ (Figura 64) e SDORV
(Figura 65) residem basicamente no posicionamento da pluma ao longo da coluna
d’água. Estas diferenças ocorrem basicamente por dois motivos principais. O primeiro é
a profundidade de lançamento do efluente. No caso do SDORV o efluente é lançado a
uma profundidade de 27 m, enquanto que no caso do SDOJ esta profundidade é de 33m.
Com isto as diferenças de densidade entre o ponto de lançamento do efluente e a super-
fície livre são menores no caso do SDORV. Como resultado, a pluma originada neste
emissário se estabiliza mais próxima da superfície quando comparada à pluma do
SDOJ. O segundo motivo se deve ao ângulo de ação das correntes em relação à tubula-
ção difusora, que no caso do SDORV, a ação paralela é predominante (cf. Figura 66).
Sob esta condição há uma menor diluição inicial do efluente. Conseqüentemente, a
pluma efluente atinge maiores elevações na coluna d’água.
0102030405060708090
100
25/1
/200
3 00
:00
25/1
/200
3 12
:00
26/1
/200
3 00
:00
26/1
/200
3 12
:00
27/1
/200
3 00
:00
27/1
/200
3 12
:00
28/1
/200
3 00
:00
28/1
/200
3 12
:00
29/1
/200
3 00
:00
29/1
/200
3 12
:00
30/1
/200
3 00
:00
30/1
/200
3 12
:00
31/1
/200
3 00
:00
31/1
/200
3 12
:00
1/2/
2003
00:
00
1/2/
2003
12:
00
2/2/
2003
00:
00
2/2/
2003
12:
00
3/2/
2003
00:
00
3/2/
2003
12:
00
4/2/
2003
00:
00
Ang
ulo
corr
ente
s x
difu
sor
Rio VermelhoJaguaribe
Figura 66. Cenário de verão. Ângulo de ação das correntes em relação à tubulação difusora para os emissários do
Rio Vermelho e Jaguaribe. 0° corresponde à ação paralela e 90° corresponde à ação perpendicular.
Outro ponto a ser destacado é a maior oscilação da elevação da pluma do SDORV
em função da alternância na direção das correntes. Esta alternância é decorrente da loca-
lização deste emissário, mais próxima da embocadura da Baia de Todos os Santos, es-
tando deste modo sujeita a uma maior ação das correntes de maré.
A seguir são apresentados mapas de isolinhas de contagem de E.coli em pluma e-
fluente do SDORV funcionando em conjunto com SDOJ em diferentes instantes ao lon-
go do período simulado. As condições ambientais e as características da pluma estão
indicadas no canto inferior direito da figura.
152
Figura 67. Plumas do SDORV e do SDOJ no dia 26/01/2003 às 0:00 hs durante meia maré vazante de quadratura.
O ponto vermelho indicado no gráfico representa o módulo da corrente no instante em questão na região do SDORJ. Escalas da figura indicadas em metros.
Figura 68. Plumas do SDORV e do SDOJ no dia 26/01/2003 às 6:00 hs durante meia maré enchente de quadratura.
O ponto vermelho indicado no gráfico representa o módulo da corrente no instante em questão na região do SDORJ. Escalas da figura indicadas em metros.
153
Figura 69. Plumas do SDORV e do SDOJ no dia 26/01/2003 às 14:00 hs durante meia maré vazante de quadratura.
O ponto vermelho indicado no gráfico representa o módulo da corrente no instante em questão na região do SDORJ. Escalas da figura indicadas em metros.
Figura 70. Plumas do SDORV e do SDOJ no dia 29/01/2003 às 0:00 hs durante maré enchente de quadratura. O
ponto vermelho indicado no gráfico representa o módulo da corrente no instante em questão na região do SDORJ. Escalas da figura indicadas em metros.
154
Figura 71. Plumas do SDORV e do SDOJ no dia 29/01/2003 às 6:00 hs durante maré vazante de quadratura. O
ponto vermelho indicado no gráfico representa o módulo da corrente no instante em questão na região do SDORJ. Escalas da figura indicadas em metros.
Figura 72. Plumas do SDORV e do SDOJ no dia 29/01/2003 às 14:00 hs durante preamar de quadratura. O ponto
vermelho indicado no gráfico representa o módulo da corrente no instante em questão na região do SDORJ. Escalas da figura indicadas em metros.
155
Figura 73. Plumas do SDORV e do SDOJ no dia 31/01/2003 às 0:00 hs durante meia maré enchente de sizígia. O
ponto vermelho indicado no gráfico representa o módulo da corrente no instante em questão na região do SDORJ. Escalas da figura indicadas em metros.
Figura 74. Plumas do SDORV e do SDOJ no dia 31/01/2003 às 6:00 hs durante meia maré vazante de sizígia. O
ponto vermelho indicado no gráfico representa o módulo da corrente no instante em questão na região do SDORJ. Escalas da figura indicadas em metros.
156
Figura 75. Plumas do SDORV e do SDOJ no dia 31/01/2003 às 14:00 hs durante meia maré enchente de sizígia. O
ponto vermelho indicado no gráfico representa o módulo da corrente no instante em questão na região do SDORJ. Escalas da figura indicadas em metros.
Figura 76. Plumas do SDORV e do SDOJ no dia 2/02/2003 às 0:00 hs durante meia maré enchente de sizígia. O
ponto vermelho indicado no gráfico representa o módulo da corrente no instante em questão na região do SDORJ. Escalas da figura indicadas em metros.
157
Figura 77. Plumas do SDORV e do SDOJ no dia 2/02/2003 às 6:00 hs durante meia maré vazante de sizígia. O
ponto vermelho indicado no gráfico representa o módulo da corrente no instante em questão na região do SDORJ. Escalas da figura indicadas em metros.
Figura 78. Plumas do SDORV e do SDOJ no dia 2/02/2003 às 14:00 hs durante meia maré enchente de sizígia. O
ponto vermelho indicado no gráfico representa o módulo da corrente no instante em questão na região do SDORJ. Escalas da figura indicadas em metros.
158
Os resultados apresentados nas figuras anteriores indicam que a concentração má-
xima de E.coli ocorre por volta das 6 horas. Isto se deve ao acúmulo de massa do con-
taminante ao longo de todo período noturno. Durante este período a taxa de decaimento
do contaminante atinge seus menores níveis. Em contrapartida, as menores concentra-
ções ocorrem 11 e 15 horas, em virtude dos elevados níveis de radiação solar.
A Figura 79 seguinte corrobora as afirmativas anteriores. Esta figura indica para o
SDOJ e SDORV a variação da massa do contaminante ao longo do período de simula-
ção. Durante o período noturno são observados maiores acúmulos de massa do efluente
originado no emissário do Rio Vermelho em relação ao emissário do Jaguaribe. Isto
ocorre devido à maior vazão do efluente lançado no primeiro emissário. Durante o perí-
odo diurno os efeitos da radiação solar tornam a influência da diferença de vazão menos
significativa.
Figura 79. Cenário de verão. Variação da massa do contaminante lançada pelo SDOJ e SDORV em função das
variações apresentadas na Figura 64 e Figura 65, respectivamente.
A partir da Figura 79 acima pode ser observado que ao longo de cada dia de simu-
lação há instantes onde o acúmulo de massa no meio alterna entre valores mínimos e
valores máximos. Em função da variação simultânea dos parâmetros ambientais, inseri-
da na modelagem através do acoplamento dos modelos, são observadas diferenças tanto
entre os valores máximos de massa acumulada, quanto entre os valores mínimos.
As diferenças de massa existentes entre os instantes de maior acúmulo de massa
são governadas por variações de salinidade e temperatura. Apesar de pouco significati-
159
vas, estas variações ocorrem tanto em função do tempo, quanto em função da posição
do contaminante na coluna d’água. Entre os valores mínimos de massa acumulada no
meio, passam a ser observadas diferenças significativas entre as massas acumuladas
nesses instantes. Isto é justificado em função da elevada variabilidade da radiação solar
devido à variação dos parâmetros ambientais influentes na sua mitigação. A Figura 80
correlaciona, a variação temporal da massa do contaminante lançado no meio por cada
um dos emissários e suas respectivas taxas de decaimento, representadas pelo parâmetro
T90. A partir desta figura torna-se mais fácil o entendimento dos resultados referentes
aos mapas de isolinhas de contagem de E.coli.
Figura 80. Cenário de verão. Correlação entre as taxas de decaimento, representadas pelo parâmetro T90, e varia-
ção temporal de massa. A estampa superior apresenta esta correlação para o SDOJ e a estampa inferior para o SDORV.
Comparando os resultados referentes as isolinhas de concentração dos efluentes
lançados pelos SDOJ e SDORV, são observadas diferenças significativas de concentra-
ção entre as 14 horas dos dias 26/01/2003 e 29/01/2003. A Figura 81 a seguir reproduz
esta comparação. As maiores concentrações de E.coli são observadas no dia 29/01/2003.
Isto é justificado em virtude da diminuição da profundidade de Secchi (aumento da tur-
bidez) na transição do dia 26 para o dia 29. Em águas mais turvas, menor é a penetração
160
da radiação solar no meio. Conseqüentemente, menor é a taxa de decaimento do conta-
minante.
Figura 81. Comparação entre a pluma de contaminantes entre os dias 26/01/2003 e 29/01/2003 às 14 horas. As
escalas da figura estão indicadas em metros.
O resultado apresentado na Figura 81 anterior pode ser corroborado a partir da
Figura 80, onde se verifica que a massa existente no meio às 14 horas no dia 26 é menor
do que a do dia 29. Esta diferença é mais significativa no caso do efluente do emissário
do Jaguaribe. Explica-se: entre os dias 26 e 29 a pluma do emissário do Jaguaribe se
encontra em profundidades maiores do que a pluma do emissário do Rio Vermelho, e
161
com isto é mais afetada pelo aumento de turbidez do meio (representado pela diminui-
ção da profundidade de Secchi).
Uma dos maiores concentrações de E.coli observadas durante o período diurno é a
que ocorre às 14 horas do dia 2/2/2003. Para efeito de comparação a Figura 82 seguinte
confronta este instante com o mesmo horário do dia 26/01/2003. A explicação para as
maiores concentrações observadas se deve ao percentual de aproximadamente 90% de
cobertura de nuvens no dia 2/2/2003. Isto é confirmado pela maior massa de contami-
nante existente no dia 2/2/2003 se comparada ao dia 26/01/2003 (cf. Figura 80).
Figura 82. Comparação entre a pluma de contaminantes entre os dias 2/02/2003 e 26/01/2003 às 14 horas. As
escalas da figura estão indicadas em metros.
162
7.4.2.2. Inverno
A Figura 83 e a Figura 84 seguir representam respectivamente para o SDOJ e SDORV,
durante a condição típica de inverno, a variação temporal de todos os parâmetros envol-
vidos na modelagem do contaminante no campo afastado. Para ambos os emissários
foram consideradas as mesmas variações temporais de cobertura nebulosa e profundida-
de de Secchi. Com isto, entre os dois emissários, a radiação solar atuante ao longo da
espessura da pluma irá depender exclusivamente da elevação e espessura da pluma.
Durante o cenário de inverno há um elevado percentual de cobertura de nuvens
(média = 65%), alternando momentos com percentual variando entre 50% e 88%. Isto
atenua ainda mais os menores índices de radiação observados durante este período. Em
contrapartida, as plumas atingem a superfície livre praticamente ao longo de toda simu-
lação e com isto estão mais sujeitas a ação da radiação solar. A condição de pluma su-
perficial em quase toda simulação é justificada uma vez que as variações de densidade
ao longo da coluna d’água são pouco significativas. A Figura 63 apresentada no item
7.4.1 corrobora esta afirmativa.
163
Figura 83. Cenário de inverno. Variação temporal dos parâmetros ambientais, das características da pluma e da
taxa de decaimento ao longo do verão. A estampa superior ilustra as variações temporais da cobertura de nuvens e da radiação solar na superfície livre. A estampa central representa as variações da eleva-ção e espessura da pluma e das diferenças de densidade entre a superfície livre e o ponto de lançamen-to do efluente. A estampa inferior representa a variação temporal da radiação solar, em função das vari-ações da profundidade de Secchi e das posições da pluma no meio, e as variações do T90. Condição re-ferente ao Sistema de Disposição Oceânica do Jaguaribe (SDOJ).
164
Figura 84. Cenário de inverno. Variação temporal dos parâmetros ambientais, das características da pluma e da
taxa de decaimento ao longo do verão. A estampa superior ilustra as variações temporais da cobertura de nuvens e da radiação solar na superfície livre. A estampa central representa as variações da eleva-ção e espessura da pluma e das diferenças de densidade entre a superfície livre e o ponto de lançamen-to do efluente. A estampa inferior representa a variação temporal da radiação solar, em função das vari-ações da profundidade de Secchi e das posições da pluma no meio, e as variações do T90. Condição re-ferente ao Sistema de Disposição Oceânica do Rio Vermelho (SDORV).
As diferenças observadas entre as plumas do SDOJ e SDORV se devem à distin-
ção entre as profundidades de lançamento do efluente destes dois emissários, e pelo
165
ângulo de incidência das correntes em relação à tubulação difusora. A Figura 85 repre-
senta o ângulo de ação das correntes em relação à tubulação difusora para os emissários
do Rio Vermelho e Jaguaribe.
0102030405060708090
10026
/5/2
003
00:0
0
26/5
/200
3 12
:00
27/5
/200
3 00
:00
27/5
/200
3 12
:00
28/5
/200
3 00
:00
28/5
/200
3 12
:00
29/5
/200
3 00
:00
29/5
/200
3 12
:00
30/5
/200
3 00
:00
30/5
/200
3 12
:00
31/5
/200
3 00
:00
31/5
/200
3 12
:00
1/6/
2003
00:
00
1/6/
2003
12:
00
2/6/
2003
00:
00
2/6/
2003
12:
00
3/6/
2003
00:
00
3/6/
2003
12:
00
4/6/
2003
00:
00
4/6/
2003
12:
00
5/6/
2003
00:
00
Ang
ulo
corr
ente
s x
difu
sor
Rio VermelhoJaguaribe
Figura 85. Cenário de inverno. Ângulo de ação das correntes em relação à tubulação difusora para os emissários do
Rio Vermelho e Jaguaribe. 0° corresponde à ação paralela e 90° corresponde à ação perpendicular.
De maneira comparativa ao cenário de verão (cf. Figura 66), no cenário de inver-
no há uma menor alternância de correntes na tubulação difusora do SDORV. Isto ocorre
uma vez que durante a passagem de uma frente fria ocorre temporariamente uma inver-
são do campo de correntes para nordeste, atenuando em alguns instantes a influência das
correntes de maré durante os períodos de enchente.
As figuras seguintes são referentes aos resultados dos mapas de isolinhas de con-
tagem de E.coli das plumas efluentes do funcionamento conjunto SDORV e SDOJ para
diferentes instantes da simulação. As condições ambientais e as características da pluma
estão indicadas no canto inferior direito da figura. A partir da Figura 87 pode ser obser-
vada uma inversão do campo de correntes durante a passagem de uma frente fria sobre a
região.
166
Figura 86. Plumas do SDORV e do SDOJ no dia 28/05/2003 às 0:30 hs durante maré vazante de quadratura. O
ponto vermelho indicado no gráfico representa o módulo da corrente no instante em questão na região do SDORJ. As escalas da figura estão indicadas em metros.
Figura 87. Plumas do SDORV e do SDOJ no dia 28/05/2003 às 6:30 hs durante maré enchente de quadratura. O
ponto vermelho indicado no gráfico representa o módulo da corrente no instante em questão na região do SDORJ. As escalas da figura estão indicadas em metros.
167
Figura 88. Plumas do SDORV e do SDOJ no dia 28/05/2003 às 14:30 hs durante meia maré vazante de quadratura.
O ponto vermelho indicado no gráfico representa o módulo da corrente no instante em questão na região do SDORJ. As escalas da figura estão indicadas em metros.
Figura 89. Plumas do SDORV e do SDOJ no dia 29/05/2003 às 0:30 hs durante preamar de quadratura. O ponto
vermelho indicado no gráfico representa o módulo da corrente no instante em questão na região do SDORJ. As escalas da figura estão indicadas em metros.
168
Figura 90. Plumas do SDORV e do SDOJ no dia 29/05/2003 às 6:30 hs durante baixa-mar de quadratura. O ponto
vermelho indicado no gráfico representa o módulo da corrente no instante em questão na região do SDORJ. As escalas da figura estão indicadas em metros.
Figura 91. Plumas do SDORV e do SDOJ no 29/05/2003 às 14:30 hs durante meia maré vazante de quadratura. O
ponto vermelho indicado no gráfico representa o módulo da corrente no instante em questão na região do SDORJ. As escalas da figura estão indicadas em metros.
169
Figura 92. Plumas do SDORV e do SDOJ no dia 31/05/2003 às 0:30 hs durante maré enchente de sizígia. O ponto
vermelho indicado no gráfico representa o módulo da corrente no instante em questão na região do SDORJ. As escalas da figura estão indicadas em metros.
Figura 93. Plumas do SDORV e do SDOJ no dia 31/05/2003 às 6:30 hs durante baixa-mar de sizígia. O ponto ver-
melho indicado no gráfico representa o módulo da corrente no instante em questão na região do SDORJ. As escalas da figura estão indicadas em metros.
170
Figura 94. Plumas do SDORV e do SDOJ no dia 31/05/2003 às 14:30 hs durante preamar de sizígia. O ponto ver-
melho indicado no gráfico representa o módulo da corrente no instante em questão na região do SDORJ. As escalas da figura estão indicadas em metros.
Figura 95. Plumas do SDORV e do SDOJ no dia 2/06/2003 às 0:30 hs durante maré enchente de sizígia. O ponto
vermelho indicado no gráfico representa o módulo da corrente no instante em questão na região do SDORJ. As escalas da figura estão indicadas em metros.
171
Figura 96. Plumas do SDORV e do SDOJ no dia 2/06/2003 às 6:30 hs durante maré vazante de sizígia. O ponto
vermelho indicado no gráfico representa o módulo da corrente no instante em questão na região do SDORJ. As escalas da figura estão indicadas em metros.
Figura 97. Plumas do SDORV e do SDOJ no dia 2/06/2003 às 14:30 hs durante preamar de sizígia. O ponto verme-
lho indicado no gráfico representa o módulo da corrente no instante em questão na região do SDORJ. As escalas da figura estão indicadas em metros.
172
De maneira similar ao cenário de verão, nos resultados anteriormente apresenta-
dos se verifica que as máximas concentrações de E.coli ocorrem perto do amanhecer,
devido ao acúmulo de massa deste contaminante, desde instantes antes do anoitecer, até
o amanhecer. Este aumento gradual de massa é interrompido ao amanhecer devido à
ação da radiação solar. Após este instante a massa do contaminante passa a diminuir
gradativamente até atingir seu mínimo entre 11 e 15 horas devido aos elevados níveis de
radiação solar. A Figura 98 corrobora as afirmativas acima.
Figura 98. Cenário de inverno. Variação da massa do contaminante lançada pelo SDOJ e SDORV em função das
variações apresentadas na Figura 83 e Figura 84, respectivamente.
Com base na figura acima, durante o período noturno, a maior vazão do Emissário
do Rio vermelho (6,6 m³/s), comparada à do emissário do Jaguaribe (5 m³/s), justifica os
maiores acúmulos de massa originada do primeiro emissário. Os efeitos da radiação
solar tornam a influência da diferença de vazão menos significativa.
De modo similar ao cenário de verão as diferenças observadas entre os pontos de
máximo acúmulo de massa são governadas em grande parte pelas variações de salinida-
de e temperatura nestes instantes. Adicionalmente, estes pontos de máximo podem ser
influenciados por massas de contaminantes originadas no período diurno, em situações
ambientais onde o decaimento é mitigado. Exemplos: pluma submersa; elevado percen-
tual de cobertura de nuvens e turbidez. As diferenças entre os pontos mínimos de acú-
mulo de massa são mais significativas em função das variações que ocorrem nos níveis
de radiação solar.
173
A Figura 99 correlaciona, a variação temporal da massa do contaminante lançado
no meio por cada um dos emissários e suas respectivas taxas de decaimento. A partir
desta figura torna-se mais fácil o entendimento dos resultados referentes aos mapas de
isolinhas de contagem de E.coli.
Figura 99. Cenário de inverno. Correlação entre as taxas de decaimento, representadas pelo parâmetro T90, e
variação temporal de massa. A estampa superior apresenta esta correlação para o SDOJ e a estampa in-ferior para o SDORV.
O objetivo do acoplamento dos modelos é inserir na modelagem da pluma de
E.coli a variação simultânea de parâmetros ambientais relevantes no decaimento deste
microrganismo indicador no ambiente marinho. Com isto a variação de massa do con-
taminante passa a ter um comportamento acíclico. Objetivando mostrar a influência do
acoplamento dos modelos são destacadas e comentadas, nos parágrafos seguintes, as
principais diferenças apresentadas nos resultados anteriores, referentes aos mapas de
concentração de E.coli, e suas causas.
Comparando os resultados do campo de concentrações de E.coli referente às
14:30 entre os dias 28/05/03 e 29/05/03, observa-se maiores concentrações de E.coli no
segundo dia. A Figura 100 seguinte reproduz esta comparação. O aumento do campo de
174
concentração das originadas nos SDOJ e SDORV do dia 28 para o dia 29 é justificado
pela conjunção dos seguintes fatores: aumento de cobertura nebulosa de 50 para 88%;
aumento da turbidez ambiente; e, no caso do SDOJ, submersão da pluma inicialmente
superficial para 4,3 metros de profundidade.
Figura 100. Comparação entre a pluma de contaminantes entre os dias 28/05/2003 e 29/05/2003 às 14:30 hs. Esca-
las da figura indicadas em metros.
De acordo com a Figura 99 anterior é verificado que o ponto mínimo de massa
acumulada das 14:30 do dia 28, referente ao SDORV, é ligeiramente inferior ao ponto
mínimo correspondente ao mesmo horário do dia 31. A Figura 101 seguinte reproduz
esta comparação. A diminuição observada no campo de concentração de E.coli entre os
instantes referidos acima é justificada pela diminuição dos níveis de turbidez ambiente,
175
que mitiga a penetração de luz ao longo da espessura da pluma. Adicionalmente, com
relação ao SDOJ, apesar de pouco significativa, as maiores concentrações observadas
no dia 28 se devem, além da maior turbidez neste dia, pela submersão do efluente origi-
nado neste emissário.
Figura 101. Comparação entre a pluma de contaminantes entre os dias 29/05/2003 e 31/05/2003 às 14:30 hs. Esca-
las da figura indicadas em metros.
A Figura 102 seguinte representa uma comparação dos campos de concentração
de E.coli, referente às 14:30 entre os dias 29/05 e 02/06. Nesta comparação, entretanto,
os efluentes do SDOJ e SDORV se comportam de maneira distinta. Com base na Figura
99 se verifica que de 29/05 para 02/06 há um aumento na massa do contaminante no
caso do SDOJ. No caso do SDORV, ocorre o oposto. A justificativa para estas diferen-
176
ças é discutida separadamente para cada emissário. Conforme ilustra a Figura 84, no
caso do SDORV, entre os instantes acima considerados, a pluma está em contato com a
superfície livre. Com isto a maior concentração observada no dia 29/05 é justifica pelo
maior nível de turbidez no meio, que limita a ação da radiação solar no decaimento do
contaminante.
No caso do SDOJ, o maior campo de concentrações do efluente às 14:30 do dia
02/06 se deve ao fato de a pluma ter estado submersa nas 30 horas anteriores (cf. Figura
83). Com isto a concentração no instante considerado é influenciada pelas taxas de de-
caimento dos instantes anteriores.
Figura 102. Comparação entre a pluma de contaminantes entre os dias 29/05/2003 e 02/06/2003 às 14:30 hs. Esca-
las da figura indicadas em metros.
177
A Tabela 29 a seguir apresenta uma comparação entre as taxas de decaimento an-
teriores aos instantes especificados na Figura 102.
Tabela 29. Comparação entre as taxas de decaimento nos instantes anteriores às 14:30 nos dias 29/05 e 02/06.
1995; GUILLAUD et al., 1997; YANG et al., 2000). Dentre estas formulações foi veri-
ficada uma boa correlação entre as propostas por MANCINI, (1978); CANTERAS et
al., (1995); SARIKAYA & SAATÇI, (1995); GUILLAUD et al., (1997). Por se tratar
de um modelo baseado em uma vasta base de dados e por considerar a ação simultânea
das variações de temperatura, salinidade e radiação solar, é recomendado o modelo de
MANCINI (1978).
Os índices de concentração de E.coli no meio possuem uma elevada correlação
com os níveis de radiação solar incidente. Isto é, todos os parâmetros meteorológicos e
oceanográficos que interferem direta e indiretamente na intensidade de radiação solar
são de grande relevância na modelagem da pluma de E.coli no campo afastado.
O uso de modelos de campo próximo, na determinação das principais característi-
cas da pluma tais como espessura e profundidade de confinamento, mostrou-se de gran-
de valia na mensuração da intensidade de radiação solar incidente sobre a pluma, e con-
seqüentemente na quantificação da variação horária das taxas de decaimento bacteriano.
Cabe também ressaltar que o conhecimento de outros fatores que determinam indireta-
mente a intensidade de radiação solar incidente, tais como turbidez e estratificação da
coluna d’água, condições meteorológicas, geográficas e sazonais, passam a ocupar uma
posição de extrema relevância na modelagem de pluma de emissários submarinos de
esgotos.
180
Como estudo de caso foi avaliado o impacto ambiental causado pelo lançamento
conjunto de efluentes sanitários dos sistemas de disposição oceânica do Rio Vermelho
(SDORV) e Jaguaribe (SDOJ), localizados na região metropolitana de Salvador. Esta
avaliação considera dois cenários distintos: verão e inverno. Com os modelos trabalhan-
do de forma acoplada, pôde se verificar a sensibilidade dos índices de concentração do
contaminante no meio face às variações simultâneas de temperatura, salinidade e radia-
ção solar no decaimento do contaminante. Além das variações temporais de temperatura
e salinidade ao longo do período simulado, o acoplamento passou a incluir variações
adicionais destes parâmetros, em função do posicionamento da pluma na coluna d’água,
uma vez que passam a ser fornecidos na modelagem séries temporais dos perfis de tem-
peratura e salinidade. Com relação a radiação solar, este posicionamento é ainda mais
relevante. Dependendo da profundidade em que o efluente se encontra pode ocorrer
uma grande mitigação da radiação solar, e a conseqüente minimização das taxas de de-
caimento bacteriano. Variações temporais dos níveis de turbidez também podem ocasi-
onar efeito semelhante.
Durante o verão as plumas efluentes dos emissários do Rio Vermelho e Jaguaribe
permaneceram submersas durante toda simulação. Isto é resultante dos maiores gradien-
tes de densidade que ocorrem na coluna d’água durante o verão. No cenário de inverno
os gradientes de densidade são mínimos, originando plumas superficiais praticamente
em toda simulação.
As concentrações de E.coli em águas adjacentes aos pontos de lançamento do e-
fluente foram maiores no verão. Apesar dos maiores níveis de radiação solar que ocor-
rem durante este período, as plumas permaneceram submersas. Isto contribuiu com a
mitigação da radiação atuante sobre a pluma durante o verão.
Tanto no cenário de verão quanto no de inverno, a massa de contaminante lançada
pelo SDORV é maior do que a lançada pelo SDOJ. Isto ocorre devido a maior vazão de
lançamento do efluente do primeiro emissário. Entretanto, a maior massa do contami-
nante lançada pelo SDORV é compensada por uma maior taxa de decaimento que ocor-
re pelo fato da pluma deste emissário estar mais próxima à superfície. As plumas do
SDORV são mais superficiais dos que as plumas do SDOJ pelos seguintes motivos:
1. Menor profundidade de lançamento do efluente: o lançamento do efluente pelo SDORV é feito a 27 metros de profundidade. No caso do SDOJ o e-fluente é lançado a uma profundidade de 33 metros;
181
2. Maior vazão: considerando a menor densidade do efluente em relação à densidade do meio, quanto maior a vazão de lançamento maior é a tendên-cia de atingir a superfície livre;
3. Direção das correntes em relação à tubulação difusora: no caso do SDORV, na maior parte do tempo a ação das correntes é paralela à tubula-ção difusora. Sob esta condição há uma menor diluição inicial do efluente, uma vez que os jatos efluentes se fundem imediatamente. Conseqüente-mente, a pluma efluente atinge maiores elevações na coluna d’água.
A partir dos resultados apresentados referentes as isolinhas de concentração de
E.coli, se verifica que as maiores concentrações ocorrem em instantes antes do amanhe-
cer. Com o início da ação da radiação solar começa a haver uma diminuição gradativa
dos níveis de concentração, até atingir seu mínimo entre 11 e 15 horas.
A massa de contaminante existente no meio se alterna entre níveis máximos e mí-
nimos. As diferenças observadas entre os pontos de máximo acúmulo de massa são go-
vernadas em grande parte pelas variações de salinidade e temperatura nestes instantes.
Adicionalmente, estes pontos de máximo podem ser influenciados por massas de con-
taminante originadas no período diurno, em situações ambientais onde o decaimento é
extremamente mitigado, como pluma submersa, elevado percentual de cobertura de nu-
vens e turbidez. As diferenças entre os pontos mínimos de acúmulo de massa são mais
significativas em função das variações que ocorrem nos níveis de radiação solar.
A partir dos resultados apresentados e de estudos anteriormente realizados por
ROSMAN (2003, 2004) constata-se que o Emissário do Rio Vermelho compromete a
qualidade de águas das praias adjacentes à região metropolitana de Salvador. No sentido
de minimizar este problema recomenda-se um aumento no nível de tratamento do eflu-
ente lançado e/ou uma diminuição na vazão lançada neste emissário, a partir da constru-
ção de um segundo emissário.
A modelagem de microrganismos indicadores de contaminação fecal no ambiente
marinho apresenta relativa complexidade face às diversas variáveis, ambientais e relati-
vas ao efluente, envolvidas no processo. Como conseqüência, o resultado da modelagem
passa a depender de diversas combinações destas variáveis. O acoplamento entre os
modelos hidrodinâmico, campo próximo, decaimento bacteriano e campo afastado,
permite aproximar a modelagem de condições reais, passando a absorver a combinações
das variáveis envolvidas no processo. Deste modo o acoplamento de modelos constitui-
se em uma importante ferramenta de avaliação de impactos ambientais no caso do lan-
çamento de efluentes domésticos em águas costeiras. Entretanto recomenda-se a reali-
zação de campanhas de campo na avaliação desta ferramenta numérica.
182
Considerando que no lançamento de efluentes a partir de emissários submarinos,
as escalas horizontais do problema são muitas ordens de grandeza superiores à escala
vertical, entende-se que a adoção de um campo hidrodinâmico bidimensional seja razo-
ável.
A concentração de microrganismos indicadores de contaminação fecal no esgoto
bruto é um dos principais dados de entrada em modelos de qualidade de águas. Entre-
tanto, pode variar muitas ordens de grandeza entre diferentes localidades, e com isso
produzir alterações significativas nas dimensões da pluma modelada. Este fato pode
contribuir para decisões equivocadas sobre a eficiência de um sistema de disposição
oceânica. Posto isto, recomendam-se avaliações específicas destas concentrações, inclu-
indo, se possível, flutuações diurnas e sazonais.
Todos os modelos matemáticos de decaimento apresentados neste trabalho foram
desenvolvidos em outros países, e com isto apresentam particularidades de uma micro-
biota local, onde foram realizados os experimentos. Com base nisto, é fortemente reco-
mendada a avaliação e a quantificação do decaimento de bactérias indicadoras de con-
taminação fecal em águas brasileiras. Isto é positivo tanto na validação dos modelos de
decaimento até aqui empregados, quanto no desenvolvimento de um modelo mais ade-
quado as nossas condições ambientais.
183
8. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ALKAN, U., ELLIOT, D.J., EVISON, L.M., 1995, “Survival of Enteric Bacteria in
Relation to Simulated Solar Radiation and Other Environmental Factors in Marine
Waters” Water Resource, v.29, n. 9, pp 2071-2081.
ALLEN, M. A, 1997, “The Public Health Significance of Bacterial Indicators in
Drinking Water”. In D. Kay e C. Fricker, Coliforms and E. coli: Problem or
Solution?” Ed. London, p.176-181.
ANDERSON, S.A., TURNER, S.J., LEWIS, G.D., 1997, “Enterococci in The New
Zealand Environment: Implications for Water Quality Monitoring”, Water Science