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Dissertação de Mestrado
DOI
https://doi.org/10.11606/D.3.2020.tde-05112020-112944
Documento
Autor
Nome completo
Fabio Ferreira Nogueira
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Paulo, 2020
Orientador
Banca examinadora
Martins, José Rodolfo Scarati (Presidente)
Koide, Sergio
Soares, Paulo Fernando
Título em português
Métodos para monitoramento e estimativa de cargas poluidoras difusas em bacias hidrográficas.
Palavras-chave em português
Carga unitária
Concentração média de evento
Monitoramento ambiental
Poluição difusa
Qualidade da água Modelagem)
Resumo em português
Considerando uma abordagem holística do saneamento básico como fator crucial na garantia de um desenvolvimento urbano sustentável, a concepção dos serviços de abastecimento de água, coleta e tratamento de esgoto, drenagem urbana e resíduos sólidos precisa ser realizada de forma integrada. No que tange a drenagem urbana, existem dois tipos de fontes poluidoras afluentes a rede de águas pluviais: pontuais e difusas. Fontes pontuais são de fácil identificação e controle, enquanto que fontes de origem difusa possuem dinâmica complexa com elevado potencial poluidor, fazendo com que estudos relacionados ao tema cresçam de importância. Neste contexto, o presente trabalho apresenta os resultados da pesquisa que visa avaliar métodos de monitoramento e estimativa de carga difusa. Realizou-se uma revisão bibliográfica sobre o tema, abordando conceitos de qualidade das águas, poluição difusa, suas fontes, métodos de monitoramento e predição. Dados oriundos de dois monitoramentos em bacias da região do Alto Tietê e do córrego Jaguaré no município de São Paulo foram utilizados nas análises. Uma descrição dos métodos de monitoramento e do modelo de predição de carga difusa foi feita para cada bacia estudada, bem como suas características de uso e ocupação do solo, de acordo com a classificação do MapBiomas. Calculou-se os valores de concentração média dos eventos para cada poluente, por bacia, e o coeficiente de exportação de carga difusa por uso do solo, para matéria orgânica, nutrientes e sólidos em suspensão. Uma regressão linear foi realizada para a correlação entre a massa total calculada do poluente carreada durante cada evento monitorado e seu volume total de escoamento superficial observado. Também se calculou o coeficiente de determinação R² para avaliar a força da correlação entre os parâmetros calculado e observado. As análises mostraram que, apesar do baixo custo, o método de coleta por meio de garrafas Nava introduz significativamente mais incertezas aos resultados que o método do amostrador automático. O modelo de estimativa de carga difusa exibiu resultados satisfatórios, quando alimentado de dados consistentes para calibração, apesar de haver possibilidades para melhoria de seu equacionamento. Ademais, deve-se atentar quais cargas afluentes presentes na bacia a modelagem de carga difusa irá contemplar. Não é indicado considerar lançamentos pontuais irregulares de efluentes na rede de drenagem e ineficiência na coleta de resíduos sólidos e varrição de ruas como cargas difusas na modelagem. Adicionalmente, foi realizado um monitoramento piloto de nível por meio do desenvolvimento de sensor ultrassônico de baixo custo com módulos Arduino, com acionamento de amostrador automático que conta com módulo analógico de corrente entre 4 a 20 mA. O método proposto se mostrou possível de aplicação, com ressalvas. O sensor de baixo custo teve desempenhopromissor, apesar da temperatura afetar sua medição. O acionamento do amostrador exclusivamente pela flutuação do nível se apresentou como uma estratégia frágil, uma vez que muitos fatores podem provocar variações significativas da lâmina d'água, não relacionadas a uma onda de cheia. A ausência de comunicação externa do sistema com o usuário foi outra questão relevante apontada pelo método, no tocante a otimização da logística do monitoramento. Além disso, procedimentos de manutenção ao menos quinzenais mostraram-se indispensáveis para garantir o desempenho adequado da estação de monitoramento.
Título em inglês
Methods for diffuse pollution loads monitoring and estimation in watersheds.
Palavras-chave em inglês
Diffuse pollution
Environmental monitoring
Event mean concentration
Unit load
Water quality modeling
Resumo em inglês
A holistic strategy towards basic sanitation services is critical to ensure a sustainable urban development, through considering potable water systems, sewage collection and treatment, urban drainage and solid wastes integrated as one major infrastructure. Regarding urban drainage, there are two types of pollutant sources affluent to the drainage system: point and diffuse. Point sources are easy to identify and control, while the complexity and damage potential of diffuse sources are relevant, making related studies to gain importance as well. In this context, the present work presents the results of the research that aims to evaluate diffuse pollution monitoring and prediction methods. A literature review on the subject was carried out, addressing concepts of water quality, diffuse pollution, its sources, methods of monitoring and modeling. Two sets of data were analyzed, from monitoring programs conducted at watersheds of Alto Tietê region and Jaguaré river at São Paulo city. A description of the methods of diffuse pollution monitoring and modeling is presented for each studied catchment, as well as their land use characteristics, according to MapBiomas classification. Event mean concentrations for each pollutant, per catchment, and the unit load per land use, for organic matter, nutrients and suspended solids were calculated. A linear regression was made to the correlation of the calculated total mass of carried pollutant for each monitored storm event and its observed total runoff volume. Also, the coefficient of determination R² was calculated to evaluate the strength of the correlation between the two parameters, observed and calculated. The assessment showed that, despite its low construction cost, the method of Nava bottles introduces significant uncertainties to the results than the automatic samples method. The diffuse pollution modeling approach produce satisfactory results, when consistent calibration data were inputted, despite the possibility of improvement to the equation. Furthermore, diffuse pollution modeling must be aware of which pollutant loads that takes place in the catchment will be acknowledged. It is not recommended to consider irregular point sources of effluents connected to the drainage system and solid waste collection and street sweeping inefficiency as diffuse pollution inside the modeling process. Additionally, a monitoring level station was developed with a low-cost ultrasonic level sensor utilizing Arduino modules. The system includes a communication tool with an automatic sampler that sends a start signal according to level variation, employing a 4 to 20mA current module. The application of the proposed monitoring method was viable. However, some caveats need to be observed for adequate functioning. The low-cost ultrasonic sensor presented promising performance, even with the temperature issue that affects its measurement. The sole use of level fluctuation as the sampler start trigger appeared to be very fragile. Many factors could lead to level variations not related to flow increase. The absence of external communication with the user revealed to be relevant as well. Furthermore, dealing with harsh environments, minimal biweekly maintenance procedures are required to assure adequate performance of the station.
 
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Data de Publicação
2020-11-10
 
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