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Master's Dissertation
DOI
10.11606/D.18.2008.tde-16072008-193746
Document
Author
Full name
Flávia Bottino
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Carlos, 2008
Supervisor
Committee
Mendiondo, Eduardo Mario (President)
Calijuri, Maria do Carmo
Neiff, Juan José
Title in Portuguese
Estudo experimental e matemático de qualidade da água com base na ecohidrologia fluvial de pequenas bacias: estudo de caso do rio Canha, Baixo Ribeira de Iguape, SP
Keywords in Portuguese
Ecohidrologia
QUAL2K
Qualidade da água
Rio Canha
Abstract in Portuguese
Os cursos d'água são ecossistemas predominantemente heterotróficos com gradiente longitudinal e possuem uma capacidade natural de depurar a matéria orgânica. Entretanto, o lançamento indiscriminado de efluentes ultrapassa a capacidade de suporte do ambiente aquático. O principal objetivo do presente estudo foi analisar como a qualidade da água do rio, em termos experimentais e de modelagem matemática, expressa processos ecohidrológicos nas escalas espaço-temporais, para variações de variáveis físicas, químicas e hidrológicas. O presente estudo foi conduzido através da abordagem de bacias embutidas em seções transversais com áreas incrementais do rio principal e com 17 variáveis analisadas. A aplicação dessa metodologia foi feita para o rio Canha, com área de drenagem total de 126 'KM POT.2', situada num bioma subtropical, caracterizando-se por ser uma bacia rural e peri-urbana, localizada no Baixo Ribeira de Iguape - São Paulo. As amostragens foram feitas de setembro de 2006 a março de 2007, em oito seções transversais ao longo do eixo longitudinal do rio Canha. A fim de validar os dados obtidos em campo, um modelo matemático foi utilizado. Deste modo, o modelo 1D de fluxo permanente, o modelo QUAL2K, ajustou-se de maneira satisfatória para a maioria dos dados experimentais. Dados hidráulicos e hidrológicos obtidos em campo foram empregados como condição de contorno para calibração do modelo. Os resultados experimentais e simulados foram expressos tanto em termos de concentração (mg/L) como de cargas específicas (Kg/ano/ha). Esta comparação permite obtenção dos resultados através de um continuum a partir do aumento das escalas, enquanto fornece base para confrontá-los com hipóteses ecohidrológicas. A existência de duas estações distintas, seca e chuvosa, foi observada. Durante a estação chuvosa, observou-se maior diluição dos compostos no corpo d´água, porém em alguns casos, a influência da poluição difusa, devido à lixiviação do solo, foi verificada. As altas vazões tiveram impacto direto sobre as cargas específicas. Na estação seca, para a maioria das variáveis analisadas, evidenciou-se aumento na concentração, sugerindo que períodos de baixa vazão diminuem a capacidade de assimilação do rio. Por exemplo, as concentrações e cargas específicas de nitrogênio total foram altas para ambos os períodos, seco e chuvoso. Quando comparado com o sedimento do rio, ficou evidente que o nitrogênio é originário de fontes não pontuais.
Title in English
Experimental and mathematical analysis of water quality based on fluvial ecohydrology: a study in the Canha river, at Ribeira de Iguape basin, Brazil
Keywords in English
Canha river
Ecohydrology
QUAL2K model
Water quality
Abstract in English
Water courses are predominantly heterotrophic ecosystems with longitudinal gradient and present a capacity of self purification from organic matter. However, the uncontrolled release of effluents can exceed the carrying capacity of the aquatic ecosystem. The main objective of this study was to analyze how the river water quality, in terms of experimental surveys faced with mathematical modeling, envisages the processes evidences of fluvial ecohydrology at various spatiotemporal scales, for either seasonal or longitudinal changes of physic, chemical and hydrological variables. That study was performed through a nested catchment experiment, at cross-sections located at incremental drainage areas of the main river stem of the watershed and with 17 sampled variables. The application of this methodology was made at the Canha river, with a total drainage area of 126 'KM POT.2', under subtropical biome, with mixed, rural to peri-urban, land-uses, located at the downstream of the Ribeira de Iguape river basin, sited at State of Sao Paulo, Brazil. Four field campaigns were carried with sampling from September, 2006 to July, 2007, in eight cross-sections along the longitudinal axis of the Canha river. In order to cross-validate experimental samples at the river continuum scale with the drainage basin scale, a mathematical model was tested to simulate the water quality dynamics. In spite of 1-D, quasi-state modeling restrictions assumed, the QUAL2K model fits well to experimental data of most of variables surveyed during campaigns. Hydraulic basic samples and hydrological weather data were utilized as initial conditions to feed the mathematical model. Both experimental results and model simulations were expressed as mean river-concentrations (mass/volume) as drainage-area-specific loadings or yield (mass/time.area). The existence of two main seasons, dry and wet, was observed. During the rainy season, the ability to better dilute water loads was outlined; however, on some circumstances, the influence of diffuse pollution entered the stream due to soil leach is also depicted. High-water discharges had a direct impact on area-specific loads. In the dry season and for most of variables, high concentrations were evident, suggesting low-water discharges provoked a loss of the river's carrying capacity. For instance, nitrogen concentrations and nitrogen specific loads were quite high during both (dry, wet) periods. When compared to the river bottom sediments, it was evident that nitrogen could be originated from non-point sources outside the riparian areas. The results let the river continuum integrated processes across increasing scales, thereby providing the basis for confronting ecohydrological hypotheses.
 
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FlaviaBottino.pdf (4.55 Mbytes)
Publishing Date
2008-07-18
 
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