nÃo hà / The disorderly growth of the capital of PiauÃ, marked mainly by housing occupancy on the banks of river Poti and the existence of clandestine connections of raw sewage in rainwater drainage pipes, has contributed significantly to the pollution of the waters of the river basin of the ParnaÃba River (semiarid region Brazil). This research consists of making water quality measuring campaigns in Poti river and sewage released that, via gallery rainwater, focusing on a river stretch of 36.8 km long, located in the city of Teresina / PI, as well as mathematical modeling of water quality of the river based on WHAT-UFMG platform. The research is presented as the first study involving modeling of water quality in a water body of the state of PiauÃ. Modeled components were: dissolved oxygen (DO), biochemical oxygen demand (BOD) and thermotolerant coliform (TC). The results of field measurements indicated TC parameter discontinuities with respect to CONAMA Resolution n 357/2005. The calibration of the decay coefficients for each parameter resulting in deviations between measured and modeled data of up to 20%, which shows that the QUALUFMG can be used as a basis for predicting the quality of water in rivers located in semiarid regions. The calibrated model was also compared to field data from the literature. Finally, simulations were performed for different flow scenarios (Q10, Q90 and Q7,10), with consistent results and that can be used for the management of water resources in the state of PiauÃ. / O crescimento desordenado da capital piauiense, marcado sobretudo pela ocupaÃÃo habitacional Ãs margens do rio Poti e pela existÃncia de ligaÃÃes clandestinas de esgoto bruto nas tubulaÃÃes de drenagem pluvial, tem contribuÃdo significativamente para a poluiÃÃo das Ãguas da bacia hidrogrÃfica do rio ParnaÃba (regiÃo semiÃrida do Brasil). A presente pesquisa consiste na realizaÃÃo de campanhas de mediÃÃo da qualidade da Ãgua no rio Poti e dos esgotos lanÃados no mesmo, via galeria de Ãguas pluviais, com foco em um trecho do rio de 36,8 km de extensÃo, localizado na cidade de Teresina/PI, bem como na modelagem matemÃtica da qualidade da Ãgua deste rio com base na plataforma QUAL-UFMG. A pesquisa apresenta-se como o primeiro estudo envolvendo modelagem da qualidade da Ãgua em um corpo hÃdrico do estado do PiauÃ. Os componentes modelados foram: oxigÃnio dissolvido (OD), demanda bioquÃmica de oxigÃnio (DBO) e coliformes termotolerantes (CT). Os resultados das mediÃÃes de campo indicaram desconformidades do parÃmetro CT com relaÃÃo à ResoluÃÃo CONAMA n 357/2005. A calibraÃÃo dos coeficientes de decaimento para cada parÃmetro resultou em desvios entre dados medidos e modelados de atà 20%, o que mostra que o QUAL-UFMG pode ser utilizado como base para prediÃÃo da qualidade da Ãgua em rios localizados em regiÃes semiÃridas. O modelo calibrado tambÃm foi comparado a dados de campo obtidos na literatura. Finalmente, foram realizadas simulaÃÃes para diferentes cenÃrios de vazÃo (Q10, Q90 e Q7,10), apresentando resultados coerentes e que podem ser utilizados para a gestÃo dos recursos hÃdricos do estado do PiauÃ.

This paper presents an adaptation of the classical model of Streeter-Phelps modeling of Dissolved Oxygen (DO) and Biochemical Oxygen Demand (BOD) in the basin of the Upper Jaguaribe (25,000 km2), State of Ceara, Brazil. The adaptation of the model consisted of the numerical solution of differential equations Streeter-Phelps, considering the effect of incremental flows and sewage releases over the sections, as well as the variability of the sections of rivers and tributaries. For model calibration, including the adjustment of reaeration coefficients (K2) and removal of BOD (Kd), we used the data of the Plan of Management of Waters of the Rio Jaguaribe Basin. Calibration results showed that this simplified model represented well the balance between DO and BOD in a large semi-arid basin, with a good fit for both parameters. For OD, the average deviation was 8.44% and 6.04% by the end and beginning of the rainy season, respectively. As for BOD, the deviations were 18.51% and 30.43% for the two seasons, respectively. In both periods, the OD remained within the standards for Class 2 of Resolution CONAMA 357/2005 throughout the stretch and the BOD breached this limit on a short stretch near the city of Taua. With the already calibrated model were simulated three scenarios: a large full, using as reference flow Q10 of a historical series of Jaguaribe; drought, using the Q50 of the series; and implementation of a WWTP with 80% removal of BOD in all seats. The simulations showed consistent results and that serve as a basis for management of water resources of the study area. / Este trabalho apresenta uma adaptaÃÃo do modelo clÃssico de Streeter-Phelps para modelagem de OxigÃnio Dissolvido (OD) e Demanda BioquÃmica de OxigÃnio (DBO) na bacia do Alto Jaguaribe (Ãrea de 25.000 km2), Estado do CearÃ, Brasil. A adaptaÃÃo do modelo consistiu na resoluÃÃo numÃrica das equaÃÃes diferenciais de Streeter-Phelps, considerando o efeito de vazÃes incrementais e lanÃamentos de esgoto ao longo dos trechos, assim como a variabilidade das seÃÃes dos rios e tributÃrios. Para calibraÃÃo do modelo, incluindo o ajuste dos coeficientes de reaeraÃÃo (K2) e remoÃÃo de DBO (Kd), foram utilizados os dados do Plano de Gerenciamento das Ãguas da Bacia do Rio Jaguaribe. Os resultados da calibraÃÃo mostraram que esse modelo simplificado representou bem o balanÃo entre OD e DBO em uma grande bacia semiÃrida, apresentando um bom ajuste para os dois parÃmetros. Para OD, o desvio mÃdio foi de 8,44% e 6,04% para o fim e inÃcio da estaÃÃo chuvosa, respectivamente. Jà para DBO, os desvios foram de 18,51% e 30,43% para as duas estaÃÃes, respectivamente. Nos dois perÃodos, o OD manteve-se dentro dos padrÃes para Classe 2 da resoluÃÃo CONAMA 357/2005 em todo o trecho e a DBO infringiu este limite em um pequeno trecho prÃximo à cidade de TauÃ. Com o modelo jà calibrado, foram simulados trÃs cenÃrios: uma grande cheia, utilizando como vazÃo de referÃncia o Q10 de uma sÃrie histÃrica do Jaguaribe; estiagem, utilizando o Q50 da sÃrie histÃrica; e, implantaÃÃo de uma ETE com remoÃÃo de 80% de DBO em todas as sedes. As simulaÃÃes apresentaram resultados coerentes e que servem como base para o gerenciamento dos recursos hÃdricos da bacia estudada.

The presence of physical, chemical and biological components in rivers, associated with fluvial dynamics in these ecosystems, enables the existence of extremely complex processes, making your description using mathematical models a challenging task. This implies the need to establish a set of insightful simplifications, in order to get results that may describe these processes with a degree of realism. The use of mathematical models to evaluate the release and assimilation of polluting matters into a water body is a most important tool, due to complexity of the determining processes on issues of water quality. These models are based on the fundamentals of mass conservation principle amongst Fick's law for polluting transport. On the other hand, this type of analysis generate deterministic models where there is no possibility to evaluate the inherent uncertainties in various phenomena developed in water bodies. To overcome these drawbacks, some research has made use of a methodology based on fuzzy theory. This theory is based on mathematical representation of some parameters in the form of membership functions, and has the advantage of allowing an assessment of uncertainty in any physical process, without the need of a database so consistent. This work aims to analyze the relations among pollutant concentration and transient flow fields compound by flood waves in natural rivers, through the application of a two-dimensional model of mass transport, in its fuzzy form, so that fields of environmental risk may be studied. To achieve the goals, the differential equations of mass transport, as well as the hydrodynamics equations, were treated in its fuzzy forms and solved by applying the finite difference method. The results were obtained using a computer program in FORTRAN language, allowing the achievement of various simulations for different scenarios. The results indicated that the presence of diffused wave in the transport models have a very different behavior of the kinematic wave model, thus showing that more detailed studies are needed to reach definitive conclusions for these problems related to water quality / A presenÃa de componentes fÃsicos, quÃmicos e biolÃgicos nos rios, associada à dinÃmica fluvial presente nestes ecossistemas, permite a existÃncia de processos extremamente complexos, fazendo com que sua descriÃÃo atravÃs de modelos matemÃticos se torne uma missÃo desafiadora. Isto implica na necessidade de se estabelecer um conjunto de simplificaÃÃes criteriosas, de modo a se ter resultados que venham descrever esses processos com um grau de realismo. A utilizaÃÃo de modelos matemÃticos para avaliar as questÃes de lanÃamento e assimilaÃÃo de poluente em um corpo dâÃgua à uma ferramenta de suma importÃncia, em virtude da complexidade dos processos determinantes nas questÃes da qualidade de Ãgua. Esses modelos tomam como base, os fundamentos do princÃpio de conservaÃÃo de massa, conjuntamente com a lei de Fick para transporte de poluente. Por outro lado, este tipo de anÃlise acaba por desenvolver modelos ditos determinÃsticos, onde nÃo hà qualquer possibilidade de avaliar as incertezas inerentes nos mais diversos fenÃmenos que se desenvolvem nos corpos hÃdricos. Para contornar estes inconvenientes, algumas pesquisas tÃm lanÃado mÃo de uma metodologia com base na teoria fuzzy. Esta teoria, que se fundamenta na representaÃÃo matemÃtica de alguns parÃmetros, na forma de funÃÃes de pertinÃncia, e tem a vantagem de permitir uma avaliaÃÃo das incertezas em qualquer processo fÃsico, sem a necessidade de uma base de dados tÃo consistente. Este trabalho tem como objetivo analisar as relaÃÃes entre campos de concentraÃÃo de um poluente e escoamento transiente composto de ondas de cheia em rios naturais, mediante a aplicaÃÃo de um modelo bidimensional de transporte de massa, na sua forma fuzzy, de modo que campos de risco ambiental possam ser estudados. Para atingir os objetivos, as equaÃÃes diferenciais de transporte de massa, bem como as equaÃÃes da hidrodinÃmica, foram tratadas nas suas formas fuzzy e solucionadas mediante a aplicaÃÃo do mÃtodo das diferenÃas finitas. Os resultados foram obtidos com o uso de um programa computacional, em linguagem FORTRAN, que permitiu a realizaÃÃo de vÃrias simulaÃÃes para diferentes cenÃrios. Os resultados mostraram que a presenÃa da onda difusa nos modelos de transporte tem um comportamento bem diferente do modelo da onda cinemÃtica, mostrando, assim, que estudos mais detalhados sÃo sempre necessÃrios para conclusÃes definitivas para estes problemas relacionados com a qualidade de Ãgua

Made available in DSpace on 2016-12-23T14:04:29Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Juliana Pereira Louzada Valory.pdf: 1583275 bytes, checksum: 9fbc8655c37e7f434862c0ae4fdd5f91 (MD5) Previous issue date: 2013-06-03 / The disposal of raw sewages into water bodies courses a major environmental problem. Design building and operation of wastewater treatment plants have been the most usual control effort for this problem. The selection of wastewater treatment plants become more complex when analyzed from view of watershed multiple discharges of different loads into water bodies with different self-purification capabilities. In this context, new tools and methodologies have been developed to provide adequate support to the decision-making process for selecting wastewater treatment plants systems. This work aims to combine water quality model and optimization technique -Genetics Algorithms - as an alternative methodology for the selection wastewater treatment systems. Three different optimization models were combined in order to minimize the sum of efficiencies of treatment within a watershed, maintain equity between different discharges and comply with environmental constraints. The mathematical water quality model and the Genetic Algorithm were combined in the MATLAB software computational environment. An exhaustive search algorithm was implemented to evaluate the efficiencies estimated using the Genetic Algorithm. The results indicate that the lowest sum of efficiencies was obtained from the optimization model that considerate rivers self-purification. The use of genetic algorithm made possible to estimate organic matter removal efficiencies very close to those estimated by the Exhaustive Search algorithm in a computer processing time substantially smaller / A disposição final de efluentes domésticos brutos em corpos d água representa um dos principais problemas de degradação ambiental, constituindo a implantação de estações de tratamento de esgotos a mais usual medida de controle. O processo de seleção de uma estação de tratamento de esgoto é complexo quando observado do ponto de vista de uma bacia hidrográfica, com múltiplos lançamentos, de diferentes cargas, em corpos d água com diferentes capacidades de assimilação. Neste contexto, novas metodologias e ferramentas têm sido desenvolvidas para oferecer adequado suporte ao processo decisório associado à seleção de sistemas que dão forma às estações de tratamento de esgotos. O presente trabalho tem por objetivo combinar um modelo de qualidade de água e uma Técnica de otimização - o Algoritmo Genético - como alternativa metodológica para o processo de seleção de sistemas de tratamento de esgotos. Foram desenvolvidos três diferentes modelos de otimização que buscaram minimizar o somatório de eficiências de tratamento no âmbito de uma bacia hidrográfica, manter a equidade entre os diferentes lançamentos e atender às restrições de ordem ambiental. O modelo matemático de qualidade de água e o Algoritmo Genético foram combinados no ambiente computacional do software MatLab. Algoritmo de busca exaustiva foi implementado com o objetivo de avaliar as eficiências estimadas com auxílio do Algoritmo Genético. Os resultados indicaram que o menor somatório de eficiências foi obtido a partir do modelo de otimização que permitia explorar a capacidade de autodepuração dos rios. O emprego do Algoritmo Genético permitiu estimar eficiências de remoção de matéria orgânica muito próximas daquelas estimadas pelo algoritmo de Busca Exaustiva em tempo de processamento substancialmente menor

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