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Modelagem deterministica e probabilistica da qualidade das águas superficiais utilizando o QUAL-UFMG: uma ferramenta para gestão de recursos hídricos - estudo de caso em regiões de cabeceira da bacia hidrográfica do Rio Grande
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Universidade Federal de Lavras
Faculdade, Instituto ou Escola
Departamento
Departamento de Recursos Hídricos
Programa de Pós-Graduação
Programa de Pós-graduação em Recursos Hídricos
Agência de fomento
Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas Gerais (FAPEMIG)
Tipo de impacto
Áreas Temáticas da Extenção
Objetivos de Desenvolvimento Sustentável
Dados abertos
Resumo
Objetivou-se, com a realização do presente trabalho, avaliar a utilização de uma
metodologia de modelagem matemática da qualidade das águas superficiais,
determinística e probabilística, aplicável como ferramenta de gestão de recursos
hídricos na tomada de decisão para a alocação de recursos e definição de usos em
quaisquer bacias hidrográficas. Para essa finalidade, utilizou-se, como estudo de
caso, a bacia hidrográfica GD-2 (vertentes do rio Grande), localizada no estado de
Minas Gerais, Brasil. Foram considerados os lançamentos de esgoto sanitário das
sedes urbanas de 30 municípios, empregando o modelo Qual-UFMG, juntamente com
simulações Monte Carlo, possibilitando a obtenção de diferentes cenários para a
bacia. Foram utilizadas as variáveis demanda bioquímica de oxigênio (DBO), oxigênio
dissolvido (OD), coliformes termotolerantes, nitrogênio e fósforo, e considerados 4
cenários: condição atual (C-01); tendencial para o ano de 2033 (C-02), com o
crescimento populacional nos municípios; o atendimento ao novo Marco Legal do
Saneamento em 2033 (C-03), com 90% de coleta e tratamento de esgotos; e
atendimento ao enquadramento proposto para a bacia (C-04). Em C-01 e C-02, a
condição da bacia esteve sistematicamente fora dos limites do enquadramento para
as variáveis fósforo e coliformes termotolerantes. Para DBO e OD, a situação é
melhor, com os trechos de “não atendimento” se restringindo às cabeceiras de
córregos onde a capacidade de diluição é reduzida, situação quase que semelhante
para o nitrogênio amoniacal. Em C-03, no qual as condições para atendimento ao
Marco Legal do Saneamento foram aplicadas, a situação se ameniza, mas ainda não
sendo o suficiente para atender ao enquadramento e, consequentemente, aos usos
preponderantes da água previstos para a bacia. As variáveis fósforo e coliformes
termotolerantes permaneceram com valores fora dos limites de enquadramento na
maior parte da bacia, enquanto o mesmo foi observado para DBO e OD nas
cabeceiras. Em C-04, foram definidas as eficiências de tratamento necessárias para
que o enquadramento proposto fosse alcançado. O tratamento terciário, com
desinfecção e remoção de fósforo se mostrou necessário na maior parte da bacia,
sendo recomendado a definição de metas progressivas a médio e longo prazo para o
padrão de lançamento para essas variáveis. Para DBO e OD, a preocupação
permaneceria apenas para os trechos onde a razão de diluição do efluente é baixa,
caso semelhante para o N, sendo que o limite de 20 mg L-1 do padrão de lançamento
é suficiente para a maioria dos casos. De maneira geral, a metodologia proposta se
mostrou uma ferramenta adequada e aplicável no gerenciamento dos recursos
hídricos, auxiliando na priorização e alocação de recursos. As obrigações previstas
na legislação ambiental se mostraram insuficientes para atender o enquadramento
nas cabeceiras dos cursos d’água e muitas vezes exageradas nos trechos baixos,
onde a razão de diluição é elevada. Por conseguinte, a definição de metas de
enquadramento temporárias ou a revisão de algumas implementadas pode ser
necessária, bem como elevar os índices de coleta e tratamento de esgotos na bacia.
Abstract
The objective of carrying out this work was to evaluate the use of a mathematical
modeling methodology for the quality of surface water, deterministic and probabilistic,
applicable as a water resource management tool in decision-making for the allocation
of resources and definition of uses in any watersheds. For this purpose, the GD-2
hydrographic basin (Rio Grande slopes), located in the state of Minas Gerais, Brazil,
was used as a case study. The discharges of sanitary sewage from the urban centers
of 30 municipalities were considered, using the Qual-UFMG model, together with
Monte Carlo simulations, allowing simulations of different conditions to be carried out.
Using the variables biochemical oxygen demand (BOD), dissolved oxygen (DO),
thermotolerant coliforms, nitrogen and phosphorus, 4 scenarios were considered:
current scenario (C-01); trend for the year 2033 (C-02), considering the population
growth in the municipalities; compliance with the new Sanitation Legal Framework in
2033 (C-03), with 90% of sewage collection and treatment; and compliance with the
framework proposed for the basin (C-04). In C-01 and C-02, the condition of the basin
was systematically outside the framework limits for the variables phosphorus and
thermotolerant coliforms. As for BOD and DO, the situation is better, with the “nonattendance”
stretches being restricted to the headwaters of streams where the dilution
capacity is reduced, almost similar situation for ammoniacal nitrogen. In C-03, in which
the Sanitation Legal Framework was applied, the situation eases, but it is still not
enough to meet the framework and, consequently, the preponderant uses foreseen.
The variables phosphorus and thermotolerant coliforms remained with values outside
the framework limits in most of the basin, while the same was observed for BOD and
DO in the headwaters. In C-04, the treatment efficiencies necessary for the proposed
framework to be achieved were defined. Tertiary treatment, with disinfection and
removal of phosphorus, was necessary in most of the basin, it is recommended to
define medium and long-term progressive targets for the launch pattern for these
variables. As for BOD and DO, the concern would remain only for the stretches where
the effluent dilution ratio is low, similar case for N, with the release standard limit of 20
mg L-1 being sufficient for most cases. In general, the proposed methodology proved
to be an adequate and applicable tool in the management of water resources, helping
to prioritize and allocate resources. The obligations foreseen in the environmental
legislation proved to be insufficient to comply with the framework at the headwaters of
watercourses and often exaggerated in the lower reaches, where the dilution ratio is
high. Therefore, the definition of temporary goals or the revision of some implemented
ones may be necessary, as well as raising the rates of collection and treatment of
sewage in the basin.
Descrição
Área de concentração
Agência de desenvolvimento
Palavra chave
Marca
Objetivo
Procedência
Impacto da pesquisa
Resumen
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DOI
Citação
GOMIDES, C. E. Modelagem deterministica e probabilistica da qualidade das águas superficiais utilizando o QUAL-UFMG: uma ferramenta para gestão de recursos hídricos: estudo de caso em regiões de cabeceira da bacia hidrográfica do Rio Grande. 2023. 466 p. Tese (Doutorado em Recursos Hídricos)–Universidade Federal de Lavras, Lavras, 2023.
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