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Dissertação de Mestrado
DOI
10.11606/D.18.2018.tde-20062018-145344
Documento
Autor
Nome completo
Murilo de Souza Ferreira
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Carlos, 2018
Orientador
Banca examinadora
Cunha, Davi Gasparini Fernandes (Presidente)
Costa, Daniel Jadyr Leite
Gonçalves, Julio Cesar de Souza Inacio
Título em português
Variabilidade espacial e temporal da reaeração superficial em riachos: estimativa por meio dos métodos do traçador gasoso e da sonda solúvel flutuante
Palavras-chave em português
Ácido oxálico
Coeficiente de reaeração
Hexafluoreto de enxofre
Qualidade da água
Riachos
Resumo em português
A reaeração superficial é um importante fenômeno físico responsável pela transferência de massa do oxigênio atmosférico para o curso de água, através da interface ar-água. Esse fenômeno é caracterizado quantitativamente pelo coeficiente de reaeração superficial (K2). O K2 pode ser influenciado por diversos fatores naturais, em especial, a turbulência, que é afetada pelas características físicas, hidrológicas e hidráulicas do escoamento da água. Este coeficiente é comumente utilizado em modelos ambientais de qualidade da água, o que implica na necessidade da sua correta estimativa. A estimativa do K2 pode ser realizada por meio de métodos e modelos de predição, entre os métodos destacam-se o traçador gasoso e a sonda solúvel flutuante. O objetivo principal desta pesquisa foi verificar a variabilidade espacial e temporal do K2 em cinco trechos de quatro riachos tropicais localizados no município de São Carlos-SP, em um ano de amostragem. Nesses trechos foram mensuradas as principais variáveis químicas, físicas, hidrológicas e hidráulicas do escoamento da água, além do K2 e a velocidade de dissolução de uma sonda solúvel flutuante (VS). A estimativa do K2 ocorreu pelo método do traçador gasoso, sendo o SF6 e o NaCl os traçadores utilizados. A estimativa do VS ocorreu pelo método da sonda solúvel flutuante, confeccionada com ácido oxálico dihidratado e no formato esférico. Análises estatísticas de correlação (Spearman, r) e variância (Kruskal-Wallis) foram realizadas, e modelos de regressão linear simples (RLS) e múltipla (RLM) foram desenvolvidos. Os trechos apresentaram profundidades e larguras médias inferiores a 0,42 m e 3,27 m, respectivamente. A vazão e a velocidade (U) média variaram de 0,001 m3.s-1 a 0,110 m3.s-1 e de 0,01 m.s-1 a 0,33 m.s-1, respectivamente. Os números de Reynolds e Froude (Fr) foram inferiores a 34070 e 0,36, respectivamente. Os K2 variaram de 16,90 dia-1 a 373,80 dia-1 e os VS, de 0,08 mm.min-1 a 0,77 mm.min-1. Os resultados demonstraram variação espacial significativa e temporal não significativa para as variáveis físicas, hidrológicas, hidráulicas, e também para o K2 e VS. U e Fr foram as principais variáveis que se correlacionaram com o K2 (r > 0,68). Um adequado modelo RLM de predição do K2 (R² = 0,75), baseado em todas as variáveis físicas, hidrológicas e hidráulicas e no VS, foi obtido. O modelo RLS, baseado apenas na relação entre K2 e VS, não foi adequado (R² = 0,43) para a predição do K2. A razão entre os fenômenos da reaeração superficial e dissolução da sonda solúvel flutuante não foi constante, e foi afetada pela turbulência na interface ar-água, o que indicou que o método da sonda solúvel flutuante ainda precisa ser aprimorado. Espera-se que, além de gerarem dados sobre um método (sonda solúvel flutuante) e tema (reaeração superficial) ainda relativamente pouco estudados em riachos tropicais, as informações apresentadas sobre as principais variáveis intervenientes no fenômeno de reaeração superficial e dissolução em riachos possam oferecer direcionamentos a estudos ambientais, especialmente àqueles que versam sobre a qualidade dos recursos hídricos.
Título em inglês
Spatial and temporal variability of surface reaeration in streams: estimation by gas tracer and floating soluble probe methods
Palavras-chave em inglês
Oxalic acid
Reaeration coeficiente
Streams
Sulfur hexaflouride
Water quality
Resumo em inglês
Surface reaeration is an important physical phenomenon responsible for the transfer of atmospheric oxygen mass into the water course through the air-water interface. This phenomenon is quantitatively characterized by the surface reaeration coefficient (K2). K2 can be influenced by several natural factors, especially turbulence, which is affected by the physical, hydrologic and hydraulic characteristics of the watercourse. This coefficient is commonly used in environmental models of water quality, which implies the need for its correct estimation. The estimation of K2 can be performed by models of prediction and methods, among the methods the gas tracer and the floating soluble probe stand out. The aim of this research was to verify the spatial and temporal variability of K2 in five stretches of four tropical streams located in the city of São Carlos-SP, in a year of sampling. In these stretches the main chemical, physical, hydrological and hydraulic variables of the watercourse were measured, besides K2 and the dissolution rate of the floating soluble probe (VS). The estimation of K2 occurred by the gas tracer method, with SF6 and NaCl being the tracers used. The VS estimation was carried out by the floating probe method, made with oxalic acid dihydrate and in spherical format. Statistical analyzes of correlation (Spearman, r) and variance (Kruskal-Wallis) were performed, and simple linear regression (SLR) and multiple linear regression models (MLR) were developed. The stretches presented mean depths and widths of less than 0.42 m and 3.27 m, respectively. The flow rate and average velocity (U) ranged from 0.001 m3 s-1 to 0.110 m3s-1 and from 0.01 m.s-1 to 0.33 m.s-1, respectively. The Reynolds and Froude (Fr) numbers were less than 34070 and 0.36, respectively. The K2 ranged from 16.90 day-1 to 373.80 day-1 and the VS, from 0.08 mm.min-1 to 0.77 mm.min-1. The results showed significant spatial variation and a non-significant temporal variation for the physical, hydrological and hydraulic variables, as well as for K2 and VS. U and Fr were the main variables that correlated with K2 (r > 0.68). A suitable MLR prediction model of K2 (R² = 0.75), based on all physical, hydrological and hydraulic variables and VS, was obtained. The SLR model, based only on the relationship between K2 and VS, was not adequate (R² = 0.43) for K2 prediction. The ratio between the phenomena of surface reaeration and dissolution of the floating soluble probe was not constant and was affected by turbulence at the air-water interface, which indicated that the floating soluble probe method still needs to be improved. It is expected that, in addition to generating data on a method (floating soluble probe) and surface (surface reaeration) that are still relatively little studied in tropical streams, the information presented on the main variables involved in the phenomenon of surface reaeration and dissolution in streams may offer environmental studies, especially those dealing with the quality of water resources.
 
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Data de Publicação
2018-07-17
 
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