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Tese de Doutorado
DOI
https://doi.org/10.11606/T.21.2020.tde-31012020-115011
Documento
Autor
Nome completo
Lilian Marques Nogueira Seiler
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Paulo, 2019
Orientador
Banca examinadora
Siegle, Eduardo (Presidente)
Couceiro, Mariana Afonso Abade
Castro, Ítalo Braga de
Chiozzini, Vitor Gonsalez
Título em português
Hidrodinâmica e comportamento de variáveis indicadoras da qualidade da água no complexo estuarino de Santos-São Vicente-Bertioga: uma abordagem numérica
Palavras-chave em português
complexo estuarino de Santos-São Vicente e Canal de Bertioga
modelagem físico-química e biológica tridimensional
modelagem hidrodinâmica tridimensional
Resumo em português
Composto por três estuários, uma Baía e uma extensa área de manguezais, o complexo estuarino de Santos-São Vicente-Canal de Bertioga, localizado em São Paulo, Brazil, abriga uma das atividades portuárias mais significativas do país (porto de Santos), além de ser utilizado para atividades recreativas e de subsistência. A multiplicidade de seus usos o torna um dos recursos hídricos mais importantes para a o país, ao passo que o também o torna suscetível a agressões ambientais. Devido a sua complexidade e diferentes formas de uso, o estudo do comportamento de suas águas é uma constante preocupação de pesquisadores e tomadores de decisão. Comumente, estes estudos são realizados por monitoramentos em campo, uma abordagem discreta no espaço e no tempo. Em vista destas limitações, torna-se necessária a aplicação conjunta dos dados de campo com demais ferramentas que permitam ao fim realizar uma avaliação integrada dos processos atuantes destes ambientes. Uma destas ferramentas é a modelagem numérica. Para otimizar a compreensão da dinâmica do sistema, este trabalho apresenta um estudo hidrodinâmico e do comportamento de variáveis indicadoras da qualidade da do local através do uso da modelagem numérica. Para isso, a modelagem foi realizada para um domínio tridimensional. A proposta do estudo é aprimorar a representatividade das variações do nível do mar, da variação das correntes em superfície meio e fundo e da variação espaço temporal de variáveis físico-químicas e biológicas (sendo estas o íon amônio (NH4+), íon fosfato (PO43-), oxigênio dissolvido (OD) e clorofila-a), construindo assim, um modelo base para estudos voltados a avaliações de processos físicos, químicos e biológicos que ocorrem no complexo estuarino ao longo do espaço, profundidade e tempo. Três processos foram considerados para a modelagem das variáveis: ciclo do nitrogênio, ciclo do fósforo e o balanço de oxigênio. Os resultados da modelagem das variações do nível do mar, correntes e salinidade apresentaram um elevado grau de concordância com os valores mensurados em campo, uma concordância ainda não observada em outros trabalhos. A modelagem das variáveis apresentou a tendência de comportamento dos dados observados em campo. Relacionada à circulação, os resultados desta tese indicam os três canais que compõe o complexo apresentam um comportamento distinto, com a predominância de correntes de enchente no canal de Santos e de vazante em São Vicente e Bertioga. Também mostrou que a vazão fluvial e a morfologia dos canais são fatores que propiciam a configuração de micro ambientes de comportamento distinto dentro de um mesmo canal.
Título em inglês
Hydrodynamics and behavior of water quality indexes in the estuarine complex of Santos-São Vicente- Bertioga: a numerical approach
Palavras-chave em inglês
Santos-São Vicente estuary complex and Bertioga Canal
three-dimensional hydrodynamic modeling
three-dimensional physical-chemical and biological modeling
Resumo em inglês
Composed by three estuaries, a bay and an extensive mangrove area, the complex Santos-São Vicente-Bertioga Canal system, located in São Paulo, Brazil, is the local of one of the most significant port activities in the country (Santos port) and is used for recreational and subsistence activities. The multiplicity of its uses makes it one of the most important water resources for the country, while also making it susceptible to environmental aggression. Due to its complexity and different forms of use, the study of this system water behavior is a constant concern of researchers and decision makers. Commonly, the studies made are performed by field monitoring, a discrete approach in space and time. In view of these limitations, it is necessary to jointly apply the field data with other tools that allows to perform an integrated assessment of the processes operating in these environments. One of these tools is numerical modeling. To optimize the understanding of the dynamics of the system, this work presents the development of a three-dimensional hydrodynamic model for the region. The proposal of the model is to improve the representativeness of the variations of the sea level of the region, as well as the variation of the currents in middle and bottom surface, thus building the basis for future assessments of physicochemical processes that occur in the environment. The results presented that the modeling of these two variables had a high degree of agreement with the values measured in the field, an agreement not yet observed in other studies. This result also allowed the three-dimensional modeling of two important highly dynamic variables in estuarine systems: salinity and temperature. The hydrodynamic modeling of these also showed high agreement with the values observed in the field. With the elaboration of a three-dimensional hydrodynamic model of the system that represents with great agreement the circulation of its waters and two important physico-chemical variables, it was possible to develop a model that would allow to evaluate the dynamics of physical-chemical variables of the water, also defined as indicatives of water quality, versus complex hydrodynamics of the system. Three processes were considered in this model: nitrogen cycle, phosphorus cycle and oxygen balance. The study variables were: ammonium (NH4), phosphate (PO4), dissolved oxygen (DO) and chlorophyll-a. The results presented the trend behavior of the data observed in the field. Related to circulation, the results of this thesis indicate that the three channels that make up the complex exhibit a distinct behavior, with the predominance of flood currents in the Santos channel and ebb currents in the São Vicente and Bertioga. It also showed that the fluvial flow and channel morphology are factors that allow the configuration of micro environments of distinct behavior within the same channel.
 
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Data de Publicação
2020-02-04
 
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