O objetivo deste trabalho é estudar, dentro da Engenharia do Vento Computacional (EVC), a dispersão de poluentes em zonas urbanas, empregando-se um modelo numérico baseado em técnicas da Dinâmica dos Fluidos Computacional para escoamentos incompressíveis, não isotérmicos e com transporte de massa. Um esquema explícito de dois passos é usado para a discretização temporal das equações governantes, considerando expansões em séries de Taylor de segunda ordem para as derivadas no tempo. O processo de discretização espacial é realizado através da aplicação do Método dos Elementos Finitos (MEF), onde hexaedros de oito nós com um ponto de integração são utilizados. A turbulência é tratada numericamente através da Simulação de Grandes Escalas (LES) e os modelos clássico e dinâmico de Smagorinsky são empregados na modelagem das escalas inferiores à resolução da malha. Efeitos de temperatura sobre o escoamento são considerados na forma de forças de flutuação presentes na equação de balanço de momentum, as quais são calculadas a partir da aproximação de Boussinesq. Técnicas de paralelização em memória compartilhada (OpenMP) são também usadas a fim de melhorar a eficiência computacional do presente modelo para problemas com grande número de elementos. Exemplos clássicos de Dinâmica de Fluidos e Fenômenos de Transporte são inicialmente analisados para teste das ferramentas numéricas implementadas. Problemas de dispersão de poluentes com e sem a inclusão dos efeitos de temperatura são abordados para configurações geométricas bi e tridimensionais de street canyons, representando a unidade geométrica básica encontrada em centros urbanos de grandes cidades. / The main goal of the present work is to study the pollutant dispersion in urban areas using a numerical model based on techniques developed by Computational Fluid Dynamics, where applications of Computational Wind Engineering (CWE) are analyzed considering incompressible flows with heat and mass transport. A two-step explicit scheme is adopted for the time discretization of the governing equations considering second order Taylor series expansions of the time derivative terms. Spatial discretization is performed by applying the Finite Element Method (FEM), where eight-node hexahedral elements with one-point quadrature are utilized. Turbulence is numerically analyzed by using Large Eddy Simulation (LES) with the classical and dynamic Smagorinsky’s models for subgrid scale modeling. Thermal effects on the flow field are taken into account through buoyancy forces acting on the momentum balance equation, which are calculated considering the Boussinesq approximation. Shared memory parallelization techniques (OpenMP) are also employed in order to improve computational efficiency for problems with large number of elements. Classic examples of Fluid Dynamics and Transport Phenomena are first analyzed to verify the numerical tools implemented. Problems involving pollutant dispersion with and without the inclusion of thermal effects are investigated for two and three-dimensional geometric configurations of street canyons, which represent the basic geometric unit observed in urban centers of large cities.

Na presente tese é apresentada uma nova solução analítica para a equação de ad-vecção-difusão bidimensional transiente para simular a dispersão de poluentes na atmosfera. Para tanto, a equação de advecção-difusão é resolvida pela combinação da transformada de Laplace e da técnica GILTT (Generalized Integral Laplace Transform Technique). O fechamento da turbulência para os casos Fickiano e não-Fickiano é considerado. É investigado o problema de modelagem da dispersão de poluentes em condições de ventos fortes e fracos considerando, para o caso de ventos fracos, a difusão longitudinal na equação de advecção-difusão. Além disso, foi incluída no modelo a velocidade vertical e avaliada sua influência considerando-se o campo de velocidades constante e também geradas via LES (Large Eddy Simulation), para poder simular uma camada limite turbulenta mais realística. Os resultados obtidos por essa metodologia são validados com resultados experimentais disponíveis na literatura. / In the present thesis it is presented a new analytical solution for the transient two- dimensional advection-diffusion equation to simulate the pollutant dispersion in atmosphere. For that, the advection-diffusion equation is solved combining the Laplace transform and the GILTT (Generalized Integral Laplace Transform Technique) techniques. The turbulence closure for Fickian and non-Fickian cases is considered. It is investigated the problem of modeling the pollutant dispersion in strong and weak winds considering, for the case of low wind conditions, the longitudinal diffusion in the advection-diffusion equation. Moreover, it was considered in the model the vertical velocity and its influence was evaluated considering velocities field constant and also generated by means of LES (Large Eddy Simulation), to simulate a more realistic turbulent boundary layer. The results attained by this methodology are validated with experimental results available in literature.

Orientador: Edson Tomaz / Tese (doutorado) - Universidade Estudual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-17T08:36:07Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Ueda_AnaClaudia_D.pdf: 10185823 bytes, checksum: e75fdc1f9a117f5ac3f25caf61694434 (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: UEDA, A.C. Estudo de Compostos Orgânicos Voláteis na Atmosfera da Região Metropolitana de Campinas. Campinas: Faculdade de Engenharia Química, Universidade Estadual de Campinas, 2010. 268 p. Tese (Doutorado). Foi realizado neste trabalho um estudo sobre compostos orgânicos voláteis (COV) encontrados na atmosfera da Região Metropolitana de Campinas. Inicialmente foi realizado um inventário de emissões da área de estudo. Para estimativa das emissões veiculares foi utilizada a metodologia de fatores de emissão e a abordagem bottom-up, levando em consideração diferentes categorias de veículos e tipos de combustíveis. Os resultados do inventário mostraram que mais de 80% os poluentes são provenientes de emissões veiculares. Estas estimativas de emissões foram utilizadas para o estudo de dispersão dos poluentes na atmosfera, bem como as emissões de fontes fixas industriais. As simulações foram realizadas utilizando o software ISC-Aermod View (Lakes Environmental). Os resultados do estudo de dispersão indicaram que existe uma pluma de poluentes concentrada sobre a região urbana de Campinas e também sobre a região industrial de Paulínia. As curvas de isoconcentração de hidrocarbonetos foram utilizadas para a escolha dos locais de realização do monitoramento de COV. Foi utilizada a técnica de monitoramento passivo com tubos adsorventes preenchidos com Tenax TA e a análise das amostras foi realizada por dessorção térmica acoplada a cromatografia gasosa com detecção de ionização de chama. As concentrações de COV encontradas na região indicaram que os locais que possuem as maiores concentrações são refinaria e centro de Campinas (47,6 e 21,2 µg m-3, respectivamente). Os compostos encontrados em maior abundância em todos os locais foram benzeno, tolueno, etilbenzeno e xilenos (BTEX), principalmente tolueno e xilenos. Para a análise destes resultados foram aplicadas a análise de componentes principais e a análise de agrupamento aglomerativo, que mostraram que os COV são provenientes das mesmas fontes de emissão, que são predominantemente veiculares na região / Abstract: This work presents a study of volatile organic compounds (VOC) found in the atmosphere of Metropolitan Area of Campinas (Campinas, SP). The first step was to perform a vehicular emissions inventory of the study area. Vehicular emissions were estimated using emission factors from new vehicles and bottom-up approach, considering different categories of vehicles and kinds of fuel used. The inventory results showed that over 80 % of the total pollutants are emitted by vehicles. These estimatives were used in the dispersion study of the pollutants, as well as industrial source emissions. The simulations were performed with ISC-Aermod View software (Lakes Environmental). The results of the dispersion model indicated that the plume of pollutants is concentrated over the urban region of Campinas and also over the industrial region of Paulínia. Isoconcentration curves of hydrocarbon dispersion were used to select the sites for monitoring VOC. Passive sampling with adsorbent tubes with Tenax TA were used and collected samples were analyzed by thermal desorption coupled with GC-FID. Higher VOC concentrations, 47.60 and 21.19 µg m-3, were found in the site of the oil refinery and Campinas ceter region , respectively. The most abundant compounds found in all sites were BTEX, mainly toluene and xylenes. The monitoring results were evaluated with principal component and cluster analysis, which showed that VOC come from the same emission sources, which are mainly vehicular in the area / Doutorado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Doutor em Engenharia Química

Submitted by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2014-11-25T12:16:29Z No. of bitstreams: 2 Dissertação - Adriano Francisco dos Reis - 2014.pdf: 7493866 bytes, checksum: 3cfbcec9d0c7628e345a52d166d18a99 (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) / Approved for entry into archive by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2014-11-25T12:18:12Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Dissertação - Adriano Francisco dos Reis - 2014.pdf: 7493866 bytes, checksum: 3cfbcec9d0c7628e345a52d166d18a99 (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) / Made available in DSpace on 2014-11-25T12:18:12Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Dissertação - Adriano Francisco dos Reis - 2014.pdf: 7493866 bytes, checksum: 3cfbcec9d0c7628e345a52d166d18a99 (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) Previous issue date: 2014-04-25 / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Goiás - FAPEG / The BR-153 is 15 kilometers long within Goiânia city, therefore, the evaluation of the levels of air pollution and noise related to the presence of the highway is an object of considerable importance. To this end, the situation in three variables related to environmental degradation was analyzed: the airborne particulate matter mass (PM) adsorbed on the leaf surface, the metals concentration presents in PM and the intensity of sound pressure. Due owning urban parameters that apply mostly in built macrozone - density basic standard - the region of Setor Morais and Vila Morais have been chosen to perform the measurements and the collections, which were done to both highway sides as for distant points, with the goal to make the dispersion analysis of such pollutants. The PM was collected from the leaves surface of seven copies of monguba (Pachira aquatica), which are found at different distances from the highway axis: near the axis and at 100, 200 and 300 meters from the track, on both sides; the metals concentration data were obtained from analysis by atomic absorption. Data on noise pollution were collected at four points: 13, 50, 150 and 300 m from the highway axis, along a cross-street, using type 2 sound level meter - the data analysis was performed with reference to the parameters set by NBR 10.151 for noise comfort. The collections and the measurements were made from July to December 2013, accompanied by checks climatic parameters in order to determine the influence of these parameters on the dispersion of possible pollutants. The highest value related to PM was 19.1 μg/mm2 of leaf surface, detected in September. No significant differences were observed in the mass PM and the metal concentration in the leaves of different trees. There was a decrease in the mass of PM with the highest rainfall, but for Zn, Ni and Fe concentrations, a higher concentration was observed in the rainy season. As for the sound pressure, nonconformity with acoustic comfort levels near the highway was observed, wherein the level reached 80.3 dB (A) on two occasions. For furthermost points - at 150 and 300 m - was observed that possible shortcoming is due mainly to noise sources locations. This work suggests revision of the land use allowed in the study area, associated with the change in the type of highway traffic to ensure to ensure less risk of environmental degradation to the population. / A BR-153 tem 15 quilômetros de extensão dentro do perímetro urbano de Goiânia, portanto, a avaliação dos níveis de poluição do ar e sonora relacionados à presença da rodovia constitui-se objeto de notável importância. Para tal, foi analisada a situação de três variáveis relacionadas à degradação ambiental: a massa de material particulado atmosférico (MP) adsorvido em superfície foliar, a concentração de metais presentes nesse MP e a intensidade da pressão sonora. Em virtude de possuir parâmetros urbanísticos que vigoram na maior parte da macrozona construída - padrão de adensamento básico - escolheu-se a região do Setor Morais e da Vila Morais para efetuarem-se as medições e coletas, as quais foram feitas tanto às margens da rodovia como em pontos mais afastados, com o objetivo de se fazer uma análise de dispersão de tais agentes poluidores. O MP foi coletado da superfície de folhas de sete exemplares de monguba (Pachira aquatica), encontrados em diferentes distâncias a partir do eixo da rodovia: próximo ao eixo e a 100, 200 e 300 m do eixo da via, em ambos os lados; os dados relativos à concentração de metais foram obtidos a partir de análise por espectrometria de absorção atômica. Os dados relativos à poluição sonora foram coletados em quatro pontos: a 13, 50, 150 e 300 m a partir do eixo da rodovia, ao longo de uma via transversal, com o uso de decibelímetro tipo 2. A análise destes dados foi efetuada tendo-se por referência os parâmetros estipulados na NBR 10.151 para conforto sonoro. As coletas e medições foram feitas de julho a dezembro de 2013, acompanhadas de verificações de parâmetros climáticos, a fim de verificar a influência destes na dispersão dos possíveis poluentes. O valor mais alto referente à massa de MP foi de 19,1 μg/mm2 de superfície foliar, detectado no mês de setembro. Não se observaram diferenças significativas na massa de MP e na concentração de metais entre as folhas das diferentes árvores. Observou-se decréscimo na massa de MP com maiores índices de pluviosidade, mas, para as concentrações de Zn, Ni e Fe, observou-se maior concentração em período chuvoso. Quanto à pressão sonora, observou-se inconformidade com os índices de conforto acústico nas proximidades da rodovia, em que os níveis atingiram 80,3 dB(A) em duas ocasiões. Em pontos mais afastados - a 150 e 300 m - observou-se que eventual inconformidade deve-se, principalmente, a fontes de ruído locais. Este trabalho sugere revisão de uso do solo permitido na área de estudo, associado à mudança na tipologia do tráfego da rodovia, para garantir menor risco de degradação ambiental à população.

Made available in DSpace on 2014-08-20T14:25:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 dissertacao_gustavo_cuchiara.pdf: 35782355 bytes, checksum: 0606b9c213fa2c0a65dc1b1bf8a4bc6a (MD5) Previous issue date: 2011-02-23 / One of the main problems related to air pollution in urban areas is caused by photochemical oxidants.... / Um dos maiores problemas originados pela poluição do ar em áreas urbanas é o provocado pelos oxidantes fotoquímicos....

Made available in DSpace on 2014-08-20T14:25:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 dissertacao_daniel_schuch.pdf: 1534096 bytes, checksum: 7a0aa04f35343a826f68cb23af11d80d (MD5) Previous issue date: 2011-09-23 / The present work shows an analytical solution for the two-dimensional advectiondiffusion equation applied to the dispersion of pollutants released in the Atmospheric Boundary layer. The problem is solved by the combination of the Laplace Transform and GILTT (Generalized Integral Laplace Transform Technique) techniques. This solution has no limitations regarding the turbulent diffusion coefficients and wind profile depending on the height. An arbitrary source is added to the advectiondiffusion equation to model the process of first order chemical reactions. The concentration fields obtained computationally are compared with experimental data available in the literature. / Esta dissertação apresenta uma solução analítica para a equação de advecçãodifusão bidimensional aplicada a dispersão de poluentes lançados na Camada Limite Atmosférica (CLA). A resolução do problema será com o uso das técnicas da Transformada de Laplace e GILTT (Generalized Integral Laplace Transform Technique). Esta solução é válida para qualquer coeficiente de difusão turbulenta e perfil de vento dependentes da altura. Um termo fonte arbitrário é adicionado à equação de advecção-difusão para modelar o processo de reação química de primeira ordem. Os campos de concentração obtidos computacionalmente são comparados com dados experimentais e da literatura.

Orientador: João Frederico da Costa Azevedo Meyer / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Matemática Estatística e Computação Científica / Made available in DSpace on 2018-08-26T22:20:05Z (GMT). No. of bitstreams: 1 CajasGuaca_Denis_M.pdf: 6132685 bytes, checksum: 5e3780d261cb1b925daf089e42c326af (MD5) Previous issue date: 2015 / Resumo: Esta pesquisa visa descrever e ilustrar mediante a modelagem matemática e simulação computacional a poluição por esgoto que ocorre na Baía de Buenaventura no sudoeste do Pacífico Colombiano, e a influência do poluente no convívio de duas espécies de peixes. Para a dispersão de poluente usaremos o modelo que envolve a equação de Difusão-Advecção, a qual descreve as principais caraterísticas a considerar para o estudo do nosso problema, com suas respectivas condições de fronteira do entorno natural, considerando absorção de poluente nas margens da baía. Para a dinâmica populacional entre as espécies de peixes será usado um sistema não linear clássico do tipo Lotka-Volterra para modelar este problema, com condições de contorno de Neumann. A solução aproximada do modelo é obtida numericamente usando um método de segunda ordem no espaço e no tempo. Para a discretização da variável espacial usamos um método de diferenças finitas de segunda ordem e o método de Crank Nicolson para a discretização da variável temporal. Os resultados mostrados nas simulações computacionais para a concentração de poluente, e para a dinâmica populacional nos permitem julgar melhor o que está acontecendo ou o que pode acontecer, refletindo a necessidade de que os orgãos governamentais implementem mecanismos de mitigação ao problema ambiental para tentar diminuir os efeitos adversos do despejo direto no mar de águas residuais sem tratamento / Abstract: The propose of this research is to describe and illustrate the water pollution by sewage which occurs in Buenaventura Bay, in the southwest of the Colombian Pacific, and the influence of the pollutant in the interaction of two fish species, using mathematical modeling and computer simulation. Pollutant dispersion will be obtain using the model that involves the Diffusion - Advection equation, which describes the main features to be considered for the study of our problem with its respective boundary conditions of the natural environment, considering pollutant absorption in bayside. In order to describe the population dynamics between the fish species the classic Lotka -Volterra nonlinear system with Neumann boundary conditions will be used. The approximate solution of the model is obtained numerically using a second order method on the space and time. In order to discretize the spatial variable we use a second order finite difference method and the Crank Nicolson method for the time discretization. The results obtained in the computer simulations for the pollutant concentration, and the population dynamics allow us to judge what happening or what might happen. Reflecting in this way the necessity for the government agencies to implement mitigation mechanisms of the environmental problem in order to try reduce the adverse effects of dumping untreated sewage water directly into the sea / Mestrado / Matematica Aplicada / Mestra em Matemática Aplicada

O impacto de um lançamento de efluente na qualidade da água do corpo hídrico depende de características do lançamento e do corpo hídrico, a exemplo de suas condições hidrodinâmicas. O conhecimento das relações entre os fatores envolvidos permite avaliar os riscos envolvidos, alterar a forma de lançamento de efluentes de modo a reduzir seu impacto e reduzir os custos com as formas de controle da poluição, entre outras ações. Nesse contexto, o objetivo deste trabalho é compreender as relações entre os fatores dominantes das condições hidrodinâmicas e a dispersão de poluentes na região nordeste da Laguna dos Patos, buscando identificar formas de utilizar a modelagem hidrodinâmica para melhorar a gestão do corpo hídrico e de lançamento de efluentes. A área de estudo consiste na região nordeste da Laguna dos Patos, no Rio Grande do Sul, onde o vento e a vazão afluente são os fatores determinantes de circulação de água. O modelo utilizado (IPH-A) apresentou boa representação da variação de nível, exceto pelo posto mais próximo da região estuarina, e da circulação de água. O coeficiente de dispersão foi definido a partir da comparação visual da simulação da dispersão dos sedimentos em suspensão afluentes ao Lago Guaíba e a pluma do Guaíba observada em imagens de satélite. Cenários de vento e vazão foram determinados a partir da análise da série histórica de dados de vento na estação de Rio Grande e da vazão afluente ao Lago Guaíba.Os resultados dos ventos sudoeste e nordeste foram semelhantes ao verificado na literatura com uso de modelo bidimensional para o corpo lagunar. Na região nordeste, uma célula de circulação entre o Banco das Desertas e o Banco dos Abreus é observada no sentido horário (anti-horário) para os cenários com vento sudoeste (nordeste). O vento sudeste provoca o aumento do nível na margem oeste e redução na margem leste É observada uma maior renovação de água na região ao norte do Banco das Desertas e menor troca de água com a Lagoa do Casamento do que nos cenários anteriores. Nos cenários de vento nulo, as velocidades da água na região nordeste da laguna são bastante baixas. A vazão necessária para manutenção do nível na laguna dependeu do vento predominante. Os diferentes cenários de vento produziram diferentes plumas de dispersão do lançamento de efluente simulado, seguindo os padrões da circulação de água no local. As maiores concentrações foram observadas no local de lançamento do efluente para o cenário de vento nulo e a maior área de influência foi observada para os cenários de vento nordeste (maior velocidade de vento simulada). Para os cinco dias de simulação, foi observada pouca influência da vazão afluente no nível e na circulação de água do corpo lagunar e, consequentemente, na dispersão de poluentes. Os resultados evidenciam a necessidade de as concentrações de lançamento permitidas serem estabelecidas com base em estudo da dispersão física do efluente no corpo hídrico receptor, conforme determinado pela legislação nacional para corpos d’água onde não se aplica a vazão de referência. A consideração de uma zona de mistura onde as concentrações dos parâmetros podem estar em desacorpo com o enquadramento do corpo hídrico é debatida nas discussões. As simulações permitiram ainda identificar locais prioritários para monitoramento dos efeitos do efluente lançado na qualidade da água, cenários críticos para conflitos de uso da água considerando outros usos na região e verificar possíveis consequências do encurtamento ou alongamento do emissário. / The aim of this study is to understand the relationship between hydrodynamic and the pollutants dispersion in the northeast region of the Patos Lagoon, looking for identify ways of using hydrodynamic modeling to improve water resources and effluent discharge management. The study area is the northeastern region of Patos Lagoon, a chocked lagoon in the brazilian state of Rio Grande do Sul, where winds and freshwater runoff drive water circulation. The model IPH-A performed well, except for the estuarine region. The dispersion coefficient was defined from the visual comparison between the dispersion of suspended sediments on Guaíba Lake simulated and observed in satellite images. The wind and freshwater runoff scenarios were determined by analyzing the historical wind data series at the Rio Grande station and the freshwater discharge of the main tributaries of Guaíba Lake. The results for the scenarios of the southwest and northeast winds were similar to those observed in the literature using a two-dimensional hydrodynamic model. In the northeast region, a circulation cell between the Banco das Desertas and Banco dos Abreus is observed clockwise (counter-clockwise) for the southwest (northeast) wind scenarios. The southeast wind increases water level in the west margin and reduces in the east margin. It is observed a more intense water exchange in the region to the north of the Banco das Desertas and less water exchange with the Casamento Lagoon than in the previous scenarios In null wind speed scenarios, the water velocities in the northeast region of the lagoon are quite low. The water inflow necessary to maintain the water level in the lagoon depends on the wind condition. Different wind scenarios produced different effluent plumes, following the local water circulation patterns. The highest concentrations were observed at the effluent discharge site for the scenario with null wind speed and the largest area of influence was observed for the northeast wind scenario (highest simulated wind speed). Due to the only 5-days period of simulation, little influence was observed of the freshwater runoff on the water level and on the lagoon circulation, and, consequently, on the dispersion of pollutants. This evidences the need for the maximum permitted concentrations of pollutants to be established based on a study of the physical dispersion of the effluent in the receiving water body, as determined by national legislation for water bodies where the reference flow does not apply. The simulations also allowed to identify priority sites for monitoring the effects of effluent discharge on water quality, critical scenarios for water use conflicts considering other uses, and to verify possible consequences of changes in emissary length.

O impacto de um lançamento de efluente na qualidade da água do corpo hídrico depende de características do lançamento e do corpo hídrico, a exemplo de suas condições hidrodinâmicas. O conhecimento das relações entre os fatores envolvidos permite avaliar os riscos envolvidos, alterar a forma de lançamento de efluentes de modo a reduzir seu impacto e reduzir os custos com as formas de controle da poluição, entre outras ações. Nesse contexto, o objetivo deste trabalho é compreender as relações entre os fatores dominantes das condições hidrodinâmicas e a dispersão de poluentes na região nordeste da Laguna dos Patos, buscando identificar formas de utilizar a modelagem hidrodinâmica para melhorar a gestão do corpo hídrico e de lançamento de efluentes. A área de estudo consiste na região nordeste da Laguna dos Patos, no Rio Grande do Sul, onde o vento e a vazão afluente são os fatores determinantes de circulação de água. O modelo utilizado (IPH-A) apresentou boa representação da variação de nível, exceto pelo posto mais próximo da região estuarina, e da circulação de água. O coeficiente de dispersão foi definido a partir da comparação visual da simulação da dispersão dos sedimentos em suspensão afluentes ao Lago Guaíba e a pluma do Guaíba observada em imagens de satélite. Cenários de vento e vazão foram determinados a partir da análise da série histórica de dados de vento na estação de Rio Grande e da vazão afluente ao Lago Guaíba.Os resultados dos ventos sudoeste e nordeste foram semelhantes ao verificado na literatura com uso de modelo bidimensional para o corpo lagunar. Na região nordeste, uma célula de circulação entre o Banco das Desertas e o Banco dos Abreus é observada no sentido horário (anti-horário) para os cenários com vento sudoeste (nordeste). O vento sudeste provoca o aumento do nível na margem oeste e redução na margem leste É observada uma maior renovação de água na região ao norte do Banco das Desertas e menor troca de água com a Lagoa do Casamento do que nos cenários anteriores. Nos cenários de vento nulo, as velocidades da água na região nordeste da laguna são bastante baixas. A vazão necessária para manutenção do nível na laguna dependeu do vento predominante. Os diferentes cenários de vento produziram diferentes plumas de dispersão do lançamento de efluente simulado, seguindo os padrões da circulação de água no local. As maiores concentrações foram observadas no local de lançamento do efluente para o cenário de vento nulo e a maior área de influência foi observada para os cenários de vento nordeste (maior velocidade de vento simulada). Para os cinco dias de simulação, foi observada pouca influência da vazão afluente no nível e na circulação de água do corpo lagunar e, consequentemente, na dispersão de poluentes. Os resultados evidenciam a necessidade de as concentrações de lançamento permitidas serem estabelecidas com base em estudo da dispersão física do efluente no corpo hídrico receptor, conforme determinado pela legislação nacional para corpos d’água onde não se aplica a vazão de referência. A consideração de uma zona de mistura onde as concentrações dos parâmetros podem estar em desacorpo com o enquadramento do corpo hídrico é debatida nas discussões. As simulações permitiram ainda identificar locais prioritários para monitoramento dos efeitos do efluente lançado na qualidade da água, cenários críticos para conflitos de uso da água considerando outros usos na região e verificar possíveis consequências do encurtamento ou alongamento do emissário. / The aim of this study is to understand the relationship between hydrodynamic and the pollutants dispersion in the northeast region of the Patos Lagoon, looking for identify ways of using hydrodynamic modeling to improve water resources and effluent discharge management. The study area is the northeastern region of Patos Lagoon, a chocked lagoon in the brazilian state of Rio Grande do Sul, where winds and freshwater runoff drive water circulation. The model IPH-A performed well, except for the estuarine region. The dispersion coefficient was defined from the visual comparison between the dispersion of suspended sediments on Guaíba Lake simulated and observed in satellite images. The wind and freshwater runoff scenarios were determined by analyzing the historical wind data series at the Rio Grande station and the freshwater discharge of the main tributaries of Guaíba Lake. The results for the scenarios of the southwest and northeast winds were similar to those observed in the literature using a two-dimensional hydrodynamic model. In the northeast region, a circulation cell between the Banco das Desertas and Banco dos Abreus is observed clockwise (counter-clockwise) for the southwest (northeast) wind scenarios. The southeast wind increases water level in the west margin and reduces in the east margin. It is observed a more intense water exchange in the region to the north of the Banco das Desertas and less water exchange with the Casamento Lagoon than in the previous scenarios In null wind speed scenarios, the water velocities in the northeast region of the lagoon are quite low. The water inflow necessary to maintain the water level in the lagoon depends on the wind condition. Different wind scenarios produced different effluent plumes, following the local water circulation patterns. The highest concentrations were observed at the effluent discharge site for the scenario with null wind speed and the largest area of influence was observed for the northeast wind scenario (highest simulated wind speed). Due to the only 5-days period of simulation, little influence was observed of the freshwater runoff on the water level and on the lagoon circulation, and, consequently, on the dispersion of pollutants. This evidences the need for the maximum permitted concentrations of pollutants to be established based on a study of the physical dispersion of the effluent in the receiving water body, as determined by national legislation for water bodies where the reference flow does not apply. The simulations also allowed to identify priority sites for monitoring the effects of effluent discharge on water quality, critical scenarios for water use conflicts considering other uses, and to verify possible consequences of changes in emissary length.

O impacto de um lançamento de efluente na qualidade da água do corpo hídrico depende de características do lançamento e do corpo hídrico, a exemplo de suas condições hidrodinâmicas. O conhecimento das relações entre os fatores envolvidos permite avaliar os riscos envolvidos, alterar a forma de lançamento de efluentes de modo a reduzir seu impacto e reduzir os custos com as formas de controle da poluição, entre outras ações. Nesse contexto, o objetivo deste trabalho é compreender as relações entre os fatores dominantes das condições hidrodinâmicas e a dispersão de poluentes na região nordeste da Laguna dos Patos, buscando identificar formas de utilizar a modelagem hidrodinâmica para melhorar a gestão do corpo hídrico e de lançamento de efluentes. A área de estudo consiste na região nordeste da Laguna dos Patos, no Rio Grande do Sul, onde o vento e a vazão afluente são os fatores determinantes de circulação de água. O modelo utilizado (IPH-A) apresentou boa representação da variação de nível, exceto pelo posto mais próximo da região estuarina, e da circulação de água. O coeficiente de dispersão foi definido a partir da comparação visual da simulação da dispersão dos sedimentos em suspensão afluentes ao Lago Guaíba e a pluma do Guaíba observada em imagens de satélite. Cenários de vento e vazão foram determinados a partir da análise da série histórica de dados de vento na estação de Rio Grande e da vazão afluente ao Lago Guaíba.Os resultados dos ventos sudoeste e nordeste foram semelhantes ao verificado na literatura com uso de modelo bidimensional para o corpo lagunar. Na região nordeste, uma célula de circulação entre o Banco das Desertas e o Banco dos Abreus é observada no sentido horário (anti-horário) para os cenários com vento sudoeste (nordeste). O vento sudeste provoca o aumento do nível na margem oeste e redução na margem leste É observada uma maior renovação de água na região ao norte do Banco das Desertas e menor troca de água com a Lagoa do Casamento do que nos cenários anteriores. Nos cenários de vento nulo, as velocidades da água na região nordeste da laguna são bastante baixas. A vazão necessária para manutenção do nível na laguna dependeu do vento predominante. Os diferentes cenários de vento produziram diferentes plumas de dispersão do lançamento de efluente simulado, seguindo os padrões da circulação de água no local. As maiores concentrações foram observadas no local de lançamento do efluente para o cenário de vento nulo e a maior área de influência foi observada para os cenários de vento nordeste (maior velocidade de vento simulada). Para os cinco dias de simulação, foi observada pouca influência da vazão afluente no nível e na circulação de água do corpo lagunar e, consequentemente, na dispersão de poluentes. Os resultados evidenciam a necessidade de as concentrações de lançamento permitidas serem estabelecidas com base em estudo da dispersão física do efluente no corpo hídrico receptor, conforme determinado pela legislação nacional para corpos d’água onde não se aplica a vazão de referência. A consideração de uma zona de mistura onde as concentrações dos parâmetros podem estar em desacorpo com o enquadramento do corpo hídrico é debatida nas discussões. As simulações permitiram ainda identificar locais prioritários para monitoramento dos efeitos do efluente lançado na qualidade da água, cenários críticos para conflitos de uso da água considerando outros usos na região e verificar possíveis consequências do encurtamento ou alongamento do emissário. / The aim of this study is to understand the relationship between hydrodynamic and the pollutants dispersion in the northeast region of the Patos Lagoon, looking for identify ways of using hydrodynamic modeling to improve water resources and effluent discharge management. The study area is the northeastern region of Patos Lagoon, a chocked lagoon in the brazilian state of Rio Grande do Sul, where winds and freshwater runoff drive water circulation. The model IPH-A performed well, except for the estuarine region. The dispersion coefficient was defined from the visual comparison between the dispersion of suspended sediments on Guaíba Lake simulated and observed in satellite images. The wind and freshwater runoff scenarios were determined by analyzing the historical wind data series at the Rio Grande station and the freshwater discharge of the main tributaries of Guaíba Lake. The results for the scenarios of the southwest and northeast winds were similar to those observed in the literature using a two-dimensional hydrodynamic model. In the northeast region, a circulation cell between the Banco das Desertas and Banco dos Abreus is observed clockwise (counter-clockwise) for the southwest (northeast) wind scenarios. The southeast wind increases water level in the west margin and reduces in the east margin. It is observed a more intense water exchange in the region to the north of the Banco das Desertas and less water exchange with the Casamento Lagoon than in the previous scenarios In null wind speed scenarios, the water velocities in the northeast region of the lagoon are quite low. The water inflow necessary to maintain the water level in the lagoon depends on the wind condition. Different wind scenarios produced different effluent plumes, following the local water circulation patterns. The highest concentrations were observed at the effluent discharge site for the scenario with null wind speed and the largest area of influence was observed for the northeast wind scenario (highest simulated wind speed). Due to the only 5-days period of simulation, little influence was observed of the freshwater runoff on the water level and on the lagoon circulation, and, consequently, on the dispersion of pollutants. This evidences the need for the maximum permitted concentrations of pollutants to be established based on a study of the physical dispersion of the effluent in the receiving water body, as determined by national legislation for water bodies where the reference flow does not apply. The simulations also allowed to identify priority sites for monitoring the effects of effluent discharge on water quality, critical scenarios for water use conflicts considering other uses, and to verify possible consequences of changes in emissary length.