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Dissertação de Mestrado
DOI
https://doi.org/10.11606/D.3.2020.tde-03092020-112424
Documento
Autor
Nome completo
Fábio Paiva da Silva
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Paulo, 2020
Orientador
Banca examinadora
Martins, José Rodolfo Scarati (Presidente)
Garcia, Patrícia Dalsoglio
Souza, Podalyro Amaral de
Título em português
Monitoramento de salinidade e modelagem de intrusão salina no Rio Cubatão, São Paulo.
Palavras-chave em português
Aumento do nível do mar
Estratificação salina
Modelagem de intrusão salina
Monitoramento ambiental
Qualidade da água (Modelagem)
Rio Cubatão
Sistema estuarino
Resumo em português
Neste trabalho foram estudados processos de estratificação salina em um rio estuarino e foi aplicado um modelo hidrodinâmico e de qualidade da água para simular e explorar cenários de intrusão salina no rio. O estudo foi desenvolvido no trecho estuarino do Rio Cubatão, São Paulo, Brasil. O estudo foi dividido em três etapas: a montagem, calibração e validação de um sensor de salinidade para uso em ambientes estuarinos; duas campanhas de monitoramento de salinidade no Rio Cubatão; e modelagem de intrusão salina usando o modelo unidimensional HECRAS 5.0.5, considerando diferentes cenários de vazão fluvial e aumento do nível médio mar. A primeira campanha de monitoramento foi feita entre 03/11/2016 e 04/03/2017 e a salinidade foi monitorada em um ponto de monitoramento (P1) usando três sensores HOBO U24-002-C Water Conductivity Data Logger em três profundidades diferentes. A segunda campanha foi feita entre 14/05/2019 e 30/05/2019 e a salinidade foi monitorada em dois pontos (P1 e P2) em três profundidades cada usando o sensor proposto. Os resultados mostraram que as vazões de Henry Borden e eventos pluviométricos desempenham um papel importante nos padrões de intrusão salina e de estratificação salina; em eventos de enchente, a intrusão salina é totalmente descolada para jusante do Rio Cubatão e a estratificação muda rapidamente do tipo cunha salina para totalmente misturado. Para a modelagem de intrusão salina do Rio Cubatão, foram simulados cenários com vazão baixa (8m³/s), vazão normal (16m³/s) e vazão alta (40m³/s). Os resultados mostraram que sob vazão baixa, independente da maré, a intrusão salina se desloca para montante e alcança o ponto de captação de água para consumo urbano; para vazão normal, isso ocorre apenas durante as marés de sizígia; e para o cenário de vazão alta, a vazão de água doce empurra a água do mar para o estuário e a intrusão salina não ameaça o abastecimento de água. Considerando os cenários de aumento do nível do mar de ?H=0.25m, 0.50m e 1.0m combinados com vazões de água doce constantes para o Rio Cubatão (16m³/s - vazão média anual e 8m³/s - vazão de período seco), os resultados do modelo mostraram que a intrusão salina se move significativamente para montante do rio em todos os casos e que o comprimento máximo de intrusão salina pode alcançar 10km no cenário mais desfavorável (?H=1.0m e vazão de 8m³/s), 70% maior que o nível do mar atual e a vazão média anual. No ponto de captação de água para abastecimento urbano, a salinidade pode atingir 12g/kg, fazendo com que os tratamentos convencionais fiquem impraticáveis. O aumento do nível do mar pode afetar as instalações de abastecimento de água e requerer soluções de gestão de recursos hídricos como, por exemplo, captação de água em períodos específicos, quando a salinidade estiver baixa; maior reserva de água doce; novos pontos de captação de água, mais distantes que os atuais; ou maior descarga da hidrelétrica de Henry Borden, o que pode provocar conflitos de gestão de água.
Título em inglês
Salinity monitoring and seawater intrusion modeling in Cubatão River, São Paulo.
Palavras-chave em inglês
Cubatão River
Estuarine system
Salinity stratification
Sea level rise
Seawater intrusion modeling
Water quality modeling
Resumo em inglês
In this work it was studied the saline stratification processes in an estuarine fluvial stream and it was applied a hydrodynamic and water quality model to simulate and explore seawater intrusion scenarios in the river. The study was carried out at the estuarine reach of Cubatão River, in São Paulo, Brazil. It was divided in three steps: the salinity sensor assembling, calibration and validation procedures for estuarine environments; two salinity monitoring in Cubatão River; and a seawater intrusion modeling using the one-dimensional HEC-RAS 5.0.5 model, considering different river flows and mean sea level rise scenarios. The first field survey was conducted from 03/11/2016 to 04/03/2017 and salinity was monitored at one monitoring point P1) using three HOBO U24-002-C Water Conductivity Data Logger in three different depths. The second field survey was conducted from 14/05/2019 to 30/05/2019 at two monitoring points (P1 and P2) with the proposed salinity sensor at three depths in each point. Results showed that Henry Borden discharges and rainfall events play an important role on seawater intrusion and salinity stratification patterns; under flood events the seawater intrusion is totally flushed out Cubatão River and stratification rapidly changes from salt wedge type to fully mixed type. For Cubatão River seawater modeling, it was simulated scenarios with low river discharge (8m³/s), normal discharge (16m³/s) and high discharge (40m³/s). Results showed that under low flow, independently of the tides, seawater intrusion goes further upstream the river and reaches the water abstraction for urban consumption; for normal discharge, it occurs only during spring tides; and for high discharge scenario, freshwater pushes seawater back to the estuary and seawater intrusion is not a threaten to water supply. Considering sea level rise scenarios of ?H= 0.25m, 0.50m and 1.0m combined with constant freshwater discharge conditions for Cubatão River (16m³/s - mean annual discharge and 8m³/s - dry season discharge), the model results showed that seawater intrusion moves significantly upstream the river in in all cases and the maximum seawater intrusion length may reach 10km in the worst scenario (?H=1.0m and 8m³/s freshwater discharge), 70% higher than the current sea level and the mean discharge. At the local water abstraction location for urban supply, salinity concentration may reach 12g/kg, making conventional water treatment unfeasible. Sea level rise may threaten water supply facilities and require water resources management solutions, such as water abstraction restricted times when salinity concentration is low; higher freshwater reservation; new water abstraction locations, farther the present ones; or higher water discharges in Cubatão River from a local hydroelectric power plant, which can cause water resources management conflicts.
 
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Data de Publicação
2020-09-22
 
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