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:
O modelo QUAL-UFMG simula os seguintes processos:
O modelo utiliza as seguintes equações diferenciais para descrever a variação temporal das concentrações:
Oxigênio dissolvido:
dtdOD=K2(ODsat−OD)−Kd⋅DBO⋅KT−O2Namon⋅NNH3⋅Kan⋅fnitr−O2Nnitri⋅NNO2⋅Knn⋅fnitr
DBO:
dtdDBO=−Kr⋅DBO
onde Kr=Kd+Ks
Nitrogênio orgânico:
dtdNorg=−(Kso+Koa)⋅Norg
Nitrogênio amoniacal:
dtdNNH3=Koa⋅Norg−Kan⋅NNH3⋅fnitr+hSNH3
Fósforo orgânico:
dtdPorg=−(Kspo+Koi)⋅Porg
Todos os coeficientes cinéticos são corrigidos para a temperatura usando:
KT=K20⋅θ(T−20)
onde θ varia entre 1,024 e 1,080 dependendo do processo.
Para seções trapezoidais:
Para seções retangulares:
Para seções triangulares:
A profundidade é calculada usando a equação de Manning:
Q=nA⋅Rh2/3⋅S1/2
Parâmetro | Unidades padrão | Descrição |
|---|---|---|
Temperatura | °C | Temperatura da água para correção dos coeficientes cinéticos |
Vazão do rio | m³/s | Vazão volumétrica do curso d'água |
Oxigênio dissolvido de saturação | mg/L | Concentração de saturação do OD na temperatura especificada |
Oxigênio dissolvido do rio | mg/L | Concentração inicial de OD no rio |
DBO5 do rio | mg/L | Demanda bioquímica de oxigênio em 5 dias inicial |
Nitrogênio orgânico do rio | mg/L | Concentração inicial de nitrogênio orgânico |
Nitrogênio amoniacal do rio | mg/L | Concentração inicial de nitrogênio amoniacal |
Nitrogênio de nitrito do rio | mg/L | Concentração inicial de nitrito |
Nitrogênio de nitrato do rio | mg/L | Concentração inicial de nitrato |
Fósforo orgânico do rio | mg/L | Concentração inicial de fósforo orgânico |
Fósforo inorgânico do rio | mg/L | Concentração inicial de fósforo inorgânico |
Coliformes no rio | NMP/100ml | Número mais provável de coliformes por 100 ml |
Extensão do rio | km | Comprimento do trecho de rio a ser simulado |
Coeficiente de desoxigenação (K1) | d⁻¹ | Taxa de remoção de OD por decomposição da DBO |
Coeficiente de decomposição de DBO (Kd) | d⁻¹ | Taxa de degradação da matéria orgânica |
Coeficiente de sedimentação de DBO (Ks) | d⁻¹ | Taxa de remoção de DBO por sedimentação |
Coeficiente de reaeração (K2) | d⁻¹ | Taxa de reoxigenação atmosférica |
Coeficiente de sedimentação de nitrogênio orgânico (Kso) | d⁻¹ | Taxa de sedimentação do nitrogênio orgânico |
Coeficiente de conversão de nitrogênio orgânico-amoniacal (Koa) | d⁻¹ | Taxa de conversão Norg → NH₃ |
Coeficiente de conversão de nitrogênio amoniacal-nitrito (Kan) | d⁻¹ | Taxa de nitrificação NH₃ → NO₂ |
Coeficiente de conversão de nitrito-nitrato (Knn) | d⁻¹ | Taxa de oxidação NO₂ → NO₃ |
Liberação de nitrogênio amoniacal pelo sedimento de fundo (Snamon) | g/m²/d | Fluxo de NH₃ do sedimento para a coluna d'água |
Oxigênio para conversão amônia-nitrito (O2Namon) | - | Relação estequiométrica O₂:NH₃ na nitrificação |
Oxigênio para conversão nitrito-nitrato (O2Nnitri) | - | Relação estequiométrica O₂:NO₂ na nitratação |
Coeficiente de inibição da nitrificação por baixo oxigênio dissolvido (knitr) | d⁻¹ | Parâmetro de inibição da nitrificação em baixas concentrações de OD |
pH | - | Potencial hidrogeniônico da água |
Coeficiente de sedimentação do fósforo orgânico (Kspo) | d⁻¹ | Taxa de sedimentação do fósforo orgânico |
Coeficiente de conversão fósforo orgânico-inorgânico (Koi) | d⁻¹ | Taxa de mineralização Porg → Pinorg |
Taxa de decaimento dos coliformes (Kb) | d⁻¹ | Taxa de morte natural dos coliformes |
Comprimento da base menor do rio | m | Largura do fundo do canal (seções trapezoidal/retangular) |
Inclinação do rio | - | Declividade longitudinal do canal |
Coeficiente de Manning | - | Coeficiente de rugosidade para cálculo hidráulico |
Fator de secção (z) do rio | - | Inclinação das margens em seções trapezoidais/triangulares |
Parâmetro | Unidades padrão | Descrição |
|---|---|---|
Vazão | m³/s | Vazão volumétrica confirmada |
Área da seção transversal | m² | Área molhada da seção transversal |
Profundidade | m | Profundidade hidráulica calculada |
DBO5 a jusante | kg/m³ | Concentração final de DBO5 no final do trecho |
Fósforo orgânico a jusante | mg/L | Concentração final de fósforo orgânico |
Fósforo inorgânico a jusante | mg/L | Concentração final de fósforo inorgânico |
Nitrato a jusante | mg/L | Concentração final de nitrato |
Nitrito a jusante | mg/L | Concentração final de nitrito |
Nitrogênio amoniacal a jusante | mg/L | Concentração final de nitrogênio amoniacal |
Nitrogênio orgânico a jusante | mg/L | Concentração final de nitrogênio orgânico |
Oxigênio dissolvido a jusante | mg/L | Concentração final de oxigênio dissolvido |
Coliformes a jusante | NMP/100ml | Concentração final de coliformes |
Curvas | - | Gráficos da evolução espacial de todos os parâmetros |
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:
O modelo QUAL-UFMG simula os seguintes processos:
O modelo utiliza as seguintes equações diferenciais para descrever a variação temporal das concentrações:
Oxigênio dissolvido:
dtdOD=K2(ODsat−OD)−Kd⋅DBO⋅KT−O2Namon⋅NNH3⋅Kan⋅fnitr−O2Nnitri⋅NNO2⋅Knn⋅fnitr
DBO:
dtdDBO=−Kr⋅DBO
onde Kr=Kd+Ks
Nitrogênio orgânico:
dtdNorg=−(Kso+Koa)⋅Norg
Nitrogênio amoniacal:
dtdNNH3=Koa⋅Norg−Kan⋅NNH3⋅fnitr+hSNH3
Fósforo orgânico:
dtdPorg=−(Kspo+Koi)⋅Porg
Todos os coeficientes cinéticos são corrigidos para a temperatura usando:
KT=K20⋅θ(T−20)
onde θ varia entre 1,024 e 1,080 dependendo do processo.
Para seções trapezoidais:
Para seções retangulares:
Para seções triangulares:
A profundidade é calculada usando a equação de Manning:
Q=nA⋅Rh2/3⋅S1/2
Parâmetro | Unidades padrão | Descrição |
|---|---|---|
Temperatura | °C | Temperatura da água para correção dos coeficientes cinéticos |
Vazão do rio | m³/s | Vazão volumétrica do curso d'água |
Oxigênio dissolvido de saturação | mg/L | Concentração de saturação do OD na temperatura especificada |
Oxigênio dissolvido do rio | mg/L | Concentração inicial de OD no rio |
DBO5 do rio | mg/L | Demanda bioquímica de oxigênio em 5 dias inicial |
Nitrogênio orgânico do rio | mg/L | Concentração inicial de nitrogênio orgânico |
Nitrogênio amoniacal do rio | mg/L | Concentração inicial de nitrogênio amoniacal |
Nitrogênio de nitrito do rio | mg/L | Concentração inicial de nitrito |
Nitrogênio de nitrato do rio | mg/L | Concentração inicial de nitrato |
Fósforo orgânico do rio | mg/L | Concentração inicial de fósforo orgânico |
Fósforo inorgânico do rio | mg/L | Concentração inicial de fósforo inorgânico |
Coliformes no rio | NMP/100ml | Número mais provável de coliformes por 100 ml |
Extensão do rio | km | Comprimento do trecho de rio a ser simulado |
Coeficiente de desoxigenação (K1) | d⁻¹ | Taxa de remoção de OD por decomposição da DBO |
Coeficiente de decomposição de DBO (Kd) | d⁻¹ | Taxa de degradação da matéria orgânica |
Coeficiente de sedimentação de DBO (Ks) | d⁻¹ | Taxa de remoção de DBO por sedimentação |
Coeficiente de reaeração (K2) | d⁻¹ | Taxa de reoxigenação atmosférica |
Coeficiente de sedimentação de nitrogênio orgânico (Kso) | d⁻¹ | Taxa de sedimentação do nitrogênio orgânico |
Coeficiente de conversão de nitrogênio orgânico-amoniacal (Koa) | d⁻¹ | Taxa de conversão Norg → NH₃ |
Coeficiente de conversão de nitrogênio amoniacal-nitrito (Kan) | d⁻¹ | Taxa de nitrificação NH₃ → NO₂ |
Coeficiente de conversão de nitrito-nitrato (Knn) | d⁻¹ | Taxa de oxidação NO₂ → NO₃ |
Liberação de nitrogênio amoniacal pelo sedimento de fundo (Snamon) | g/m²/d | Fluxo de NH₃ do sedimento para a coluna d'água |
Oxigênio para conversão amônia-nitrito (O2Namon) | - | Relação estequiométrica O₂:NH₃ na nitrificação |
Oxigênio para conversão nitrito-nitrato (O2Nnitri) | - | Relação estequiométrica O₂:NO₂ na nitratação |
Coeficiente de inibição da nitrificação por baixo oxigênio dissolvido (knitr) | d⁻¹ | Parâmetro de inibição da nitrificação em baixas concentrações de OD |
pH | - | Potencial hidrogeniônico da água |
Coeficiente de sedimentação do fósforo orgânico (Kspo) | d⁻¹ | Taxa de sedimentação do fósforo orgânico |
Coeficiente de conversão fósforo orgânico-inorgânico (Koi) | d⁻¹ | Taxa de mineralização Porg → Pinorg |
Taxa de decaimento dos coliformes (Kb) | d⁻¹ | Taxa de morte natural dos coliformes |
Comprimento da base menor do rio | m | Largura do fundo do canal (seções trapezoidal/retangular) |
Inclinação do rio | - | Declividade longitudinal do canal |
Coeficiente de Manning | - | Coeficiente de rugosidade para cálculo hidráulico |
Fator de secção (z) do rio | - | Inclinação das margens em seções trapezoidais/triangulares |
Parâmetro | Unidades padrão | Descrição |
|---|---|---|
Vazão | m³/s | Vazão volumétrica confirmada |
Área da seção transversal | m² | Área molhada da seção transversal |
Profundidade | m | Profundidade hidráulica calculada |
DBO5 a jusante | kg/m³ | Concentração final de DBO5 no final do trecho |
Fósforo orgânico a jusante | mg/L | Concentração final de fósforo orgânico |
Fósforo inorgânico a jusante | mg/L | Concentração final de fósforo inorgânico |
Nitrato a jusante | mg/L | Concentração final de nitrato |
Nitrito a jusante | mg/L | Concentração final de nitrito |
Nitrogênio amoniacal a jusante | mg/L | Concentração final de nitrogênio amoniacal |
Nitrogênio orgânico a jusante | mg/L | Concentração final de nitrogênio orgânico |
Oxigênio dissolvido a jusante | mg/L | Concentração final de oxigênio dissolvido |
Coliformes a jusante | NMP/100ml | Concentração final de coliformes |
Curvas | - | Gráficos da evolução espacial de todos os parâmetros |