A Modelagem Matemática e Simulação Computacional para Análise de Dispersão de Poluentes em um Trecho do Rio Paraíba do Sul

Modelagem Matemática e Simulação Computacional para Análise de Dispersão de Poluentes em um Trecho do Rio Paraíba do Sul

Carolina Meurer; Giany Machado

Universidade do Estado de Santa Catarina – UDESC, Centro de Ciências Agroveterinárias – CAV, Departamento de Engenharia Ambiental, Disciplina de Modelagem e Simulação Ambiental.

carolinameurerprime@gmail..com; [e-mail]

RESUMO

O estudo possui como foco a simulação do comportamento e a evolução bidimensional de manchas de poluentes em determinadas águas superficiais através do método de Difusão-Advecção-Reação. Em virtude de o modelo não possuir solução analítica recorre-se ao método de Crank-Nicolson que aceita uma aproximação das diferenças finitas centradas nas variáveis espaciais e temporais, aplicado para a solução do mesmo. A área de realização do estudo é a Bacia Hidrográfica do rio Paraíba do Sul considerando o trecho da região de Volta Redonda, RJ, reconhecido por ser um trecho reto do referido curso d’agua.

Aplica-se a parábola de Poiseuille como perfil de velocidades, na qual a velocidade próxima ás extremidades é baixa, aumentando em direção ao centro da seção, o que influência diretamente na construção do método de diferenças finitas. Se faz necessária grande atenção a precisão numérica devido a aproximação e a verificação qualitativa dos resultados, gerando um recurso de software que pode vir a ser usado em situações semelhantes.

Palavras-Chave: manchas de poluentes, modelo, método de Crank-Nicolson.

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INTRODUÇÃO

Bacia Hidrográfica do Rio Paraíba do Sul está situada na região sudeste do Brasil, abrangendo os territórios de São Paulo, Rio de Janeiro e Minas Gerais, ocupando uma área de 55.500 km². Desde o início da colonização do sudeste brasileiro, a bacia vem sendo de total importância estratégica para o desenvolvimento da região, proporcionando a integração econômica dos estados do Rio de Janeiro e São Paulo, consistindo em uma vital linha de comunicação e desenvolvimento do país (ALMEIDA,2010).

O processo de industrialização tornou a região uma das potencias econômicas brasileiras e em sua história a região possui grande uso do solo através da agricultura e criação de animais que representam uma das mais importantes fontes de poluição dos solos e das águas pelo uso imprudente de fertilizantes e agrotóxicos.

Se tratando de saneamento básico, os dados são preocupantes, são despejados diariamente milhares de litros de esgoto doméstico nos rios que compõem a bacia do Paraíba, somado a isso mais de 150 toneladas de carga poluidora oriunda de efluentes industriais. Somando os principais usos da água a bacia é responsável por 52% da demanda da região sudeste. A carga poluidora total da bacia do Paraíba, de origem orgânica, corresponde a cerca de 300 toneladas de DBO por dia (86% derivados de efluentes domésticos e 14% de efluentes industriais), segundo CEIVAP (2010).

Por ser via de ligação de grande importância industrial o rio Paraíba do Sul e seus afluentes já foram assolados diversas vezes por acidentes ambientais graves, sendo alguns destes ocasionados pelo vazamento de óleo proveniente de grandes indústrias siderúrgicas da região, como também pelo despejo de inseticidas e agrotóxicos altamente tóxicos nos corpos hídricos, quais impactaram na qualidade do meio ambiente e de sua fauna e na flora.

Formado pela convergência dos rios Paraibuna e Paraitinga (cujas nascentes se localizam nos municípios de Cunha e Areias ambas no estado de São Paulo), o rio Paraíba do Sul realiza um percurso de 1.150 km até desaguar no Oceano Atlântico, no município de São João da Barra. Têm como principais afluentes os rios: Jaguari, Paraibuna, Buquira, Piabanha, Pomba e Muriaé. Além do abastecimento das cidades, os rios que compõem a bacia servem de irrigação e geração de energia elétrica. Algumas usinas hidrelétricas estão instaladas na região das quais se destacam: Usina de Paraibuna, Usina de Santa Branca e Usina Funil. Principal represa: Represa de Paraibuna (responsável pelo abastecimento de várias cidades do Vale do Paraíba e Estado do Rio de Janeiro). Dados segundo AGEVAP (2015).

Figura 1 - Bacia Hidrográfica do Rio Paraíba Sul

Fonte: Agência Nacional de Águas – ANA.

A bacia do Paraíba encontra-se em total estado de antropização, restando poucos fragmentos de mata Atlântica conservados em parques e reservas florestais. Problemas como o desmatamento e o lançamento de esgotos nos rios, causados sobretudo pela urbanização e industrialização, tem levado à diminuição de espécies vegetais e animais, além da poluição dos rios e da escassez hídrica que a região tem apresentado, uma vez que as chuvas captadas durante os últimos anos se encontram abaixo da média (MAGALHÃES, 2015).

É evidente a necessidade de adoção de medidas públicas e ambientais a fim de minimizar os danos e impactos ambientais causados por atividades domésticas e industriais que a população da bacia do Paraíba e as empresas estabelecidas vem ocasionando ao longo dos anos na região.

Como mencionado no texto o foco das simulações realizadas do trabalho se dá no trecho do Rio Paraíba em Volta Redonda, adjacente a Usina Presidente Vargas, empresa do grupo CSN (uma das maiores empresas da região do Estado do Rio de Janeiro). As simulações estão concentradas nesse trecho devido ao recentemente envolvimento da desta empresa em um acidente ambiental impactando no rio Paraíba. Na figura 2 destaca-se o trecho utilizado para as simulações.

Este estudo têm a finalidade de criar um instrumento que auxilie significativamente na avaliação de acidentes, de ações de prevenção e de estratégias de ação ou de políticas públicas de controle de impacto ambiental. Propõe-se disponibilizar como resultado do estudo um software desenvolvido no MATLAB que reproduza a dispersão das manchas de poluentes em um trecho reto do rio Paraíba do Sul, e posteriormente viabiliza-lo por meio de uma interface, de fácil acessibilidade, cujo modelo seja viável para criar cenários que possam posteriormente serem aplicados em outros casos de possíveis de impactos em corpos aquáticos, baseado na dissertação de mestrado “Modelagem Matemática e Simulação Computacional para Análise