Descrição

O modelo QUAL-UFMG é uma ferramenta abrangente para simulação da qualidade da água em rios, desenvolvido para avaliar a distribuição espacial de poluentes e parâmetros de qualidade da água ao longo de cursos d'água. O modelo considera múltiplos processos biogeoquímicos e permite análise detalhada da evolução de diversos constituintes da qualidade da água.

 

O modelo oferece 3 configurações geométricas de seção transversal:

 

• Seção trapezoidal: Para canais naturais com taludes laterais
• Seção retangular: Para canais artificiais com paredes verticais
• Seção triangular: Para canais em forma de V

 

Processos modelados

O modelo QUAL-UFMG simula os seguintes processos:

• Ciclo do oxigênio: Consumo por decomposição da matéria orgânica, nitrificação e reaeração atmosférica
• Ciclo do nitrogênio: Conversão de nitrogênio orgânico → amoniacal → nitrito → nitrato
• Ciclo do fósforo: Transformação entre fósforo orgânico e inorgânico
• Decaimento de coliformes: Morte natural de organismos indicadores
• Sedimentação: Remoção de material particulado por deposição

Equações fundamentais

O modelo utiliza as seguintes equações diferenciais para descrever a variação temporal das concentrações:

Oxigênio dissolvido:

$\frac{dOD}{dt} = K_2(OD_{sat} - OD) - K_d \cdot DBO \cdot K_T - O2Namon \cdot N_{NH_3} \cdot K_{an} \cdot f_{nitr} - O2Nnitri \cdot N_{NO_2} \cdot K_{nn} \cdot f_{nitr}$

DBO:

$\frac{dDBO}{dt} = -K_r \cdot DBO$

onde $K_r = K_d + K_s$

Nitrogênio orgânico:

$\frac{dN_{org}}{dt} = -(K_{so} + K_{oa}) \cdot N_{org}$

Nitrogênio amoniacal:

$\frac{dN_{NH_3}}{dt} = K_{oa} \cdot N_{org} - K_{an} \cdot N_{NH_3} \cdot f_{nitr} + \frac{S_{NH_3}}{h}$

Fósforo orgânico:

$\frac{dP_{org}}{dt} = -(K_{spo} + K_{oi}) \cdot P_{org}$

Correção de temperatura

Todos os coeficientes cinéticos são corrigidos para a temperatura usando:

$K_T = K_{20} \cdot \theta^{(T-20)}$

onde $\theta$ varia entre 1,024 e 1,080 dependendo do processo.

Hidráulica do canal

Para seções trapezoidais:

• Área molhada: $A = h(b + zh)$
• Perímetro molhado: $P = b + 2h\sqrt{1 + z^2}$

Para seções retangulares:

• Área molhada: $A = bh$
• Perímetro molhado: $P = b + 2h$

Para seções triangulares:

• Área molhada: $A = zh^2$
• Perímetro molhado: $P = 2h\sqrt{1 + z^2}$

A profundidade é calculada usando a equação de Manning:

$Q = \frac{A}{n} \cdot R_h^{2/3} \cdot S^{1/2}$

Dados de entrada

Dados de saída