Como dito em Sousa (2009), o desenvolvimento de experimentos busca simular um cenário de poluição acidental em um curso hídrico e são elaborados através de injeções, instantâneas ou contínuas, de produtos químicos miscíveis e com uma densidade equiva- lente à da água. Daí, é preciso escolher o traçador que simula o produto injetado e definir os meios de injeção, seção de amostragem e análise das amostras. Enfim, a definição dos parâmetros a estudar para validar o modelo matemático é abordada, assim como índices estatísticos, indispensáveis quando avaliados os desempenhos dos modelos de dispersão.
Todos os equipamentos, procedimentos e materiais apresentados nas seguintes sub- seções desse capítulo foram utilizados na execução dos testes de campo, realizado por Sousa (2009), adotando-se de uma solução salina como traçador para a determinação do coeficiente de dispersão longitudinal e da velocidade média no curso d’água estudado.
Para o curso d’água do rio em questão, foi realizado um levantamento batimétrico e altimétrico. Com isso, para obtenção da largura média B e da profundidade média H, foram feitas batimetrias em uma seção ao longo do trecho analisado. O levantamento batimétrico foi exercido utilizando-se régua milimetrada e trena. Já a declividade média S, se obteve por meio do levantamento altimétrico do referido trecho.
No que se refere à construção, implementação e validação do modelo, é necessário um conjunto de entradas envolvendo a região sob análise, sendo elas: condições de con- torno, fontes externas, reações internas e a forma do corpo hídrico a ser representado no modelo (Sousa, 2009). Uma das mais importantes, dentre essas entradas, é a vazão do corpo hídrico modelado, a qual define não só a velocidade com que substâncias passivas são transportadas, mas também o processo de diluição de cargas que aportem ao corpo hídrico receptor.
2.2.1 Determinação da Vazão do Escoamento
Dentre as diversas formas de se determinar a vazão, Q, em escoamentos naturais, destaca-se aquela que se apoia no cálculo de seções transversais, A, e na medição de velocidades médias na seção, U, com a vazão sendo expressa simplesmente através do produto Q = UA. Como Sousa (2009) cita, esse método mostra-se bem eficiente para cursos d’água que tenham geometria estável e campo de velocidades bem comportado, tal o caso do rio São Pedro.
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estimar a vazão de forma indireta em cursos hídricos, a partir da aferição da velocidade da água em diversos pontos de uma seção transversal do rio, indo de uma margem a outra, como representado esquematicamente na Figura 6. Assim, em cada perfil vertical dessa seção, é medida a velocidade da água do rio com um molinete e a profundidade do local (Figura 7). Dessa forma, dividi-se a seção transversal do rio em inúmeras outras e, para cada subseção, se calcula a área e a média das velocidades, a partir do molinete em cada vertical. Tem-se a vazão total do rio somando-se as vazões em cada subseção.
Figura 6: Esquema de uma seção transversal de um rio e a posição dos perfis verticais. Fonte: Silva, 2009.
Figura 7: Preparação e utilização do molinete na seção de injeção da região de interesse. Fonte: Sousa, 2009.
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2.2.2 Considerações Sobre o Traçador
Os traçadores são utilizados para estabelecer o modo como uma substância conser- vativa, dissolvida no escoamento, se mistura ao longo de uma unidade e, assim, também infere sobre o movimento do próprio fluido que escoa (Rio e Teixeira, 1995).
Além disso, o traçador também permite simular o comportamento de uma subs- tância poluente no estudo da dispersão desta em cursos d’água naturais. As substâncias usualmente empregadas como traçadores em cursos hídricos naturais são altamente solú- veis e os tipos mais comuns desses são os fluorescentes e salinos (Sousa, 2009).
A opção pela substância cloreto de sódio (NaCl), sal de cozinha, utilizada em Sousa (2009), está relacionada às considerações de ordem prática e ao cumprimento de um conjunto de requerimentos que o traçador deve apresentar: solubilidade em água, não tóxica para homens e animais, facilidade de armazenamento ou de quantificação, presença natual quase nula e, também, um custo muito baixo, são algumas de suas vantagens.
O teste de campo, descrito em Sousa (2009), foi realizado tomando uso do método de injeção instantânea, onde se injetou pontual e instantaneamente no eixo do canal, numa seção anteriormente selecionada, um volume conhecido de concentração do traçador. Duas seções foram escolhidas a jusante ao ponto de lançamento, de modo que, já na primeira, tenha sido completado o processo de mistura. Foram medidos os valores da condutividade em função do tempo fazendo uso de um condutivímetro portátil, previamente calibrado, e de um cronômetro em cada estação, ou seção, de medição. O registro da leitura foi feito durante todo o tempo de passagem da nuvem do traçador, até atingir o "branco", ou seja, até atingir a condutividade natural do rio.
Esses valores de condutividade foram convertidos em concentração através da apli- cação da equação de calibração do condutivímetro, o que permitiu o levantamento da chamada curva de resposta, a qual é a representação cartesiana da curva completa da concentração do traçador em função do tempo ao longo de sua passagem pela seção es- colhida. Mais detalhes a respeito do procedimento de calibração do condutivímetro estão disponíveis em Sousa (2009).
2.2.3 Coleta das Amostras
Os experimentos foram realizados por Sousa (2009) no 7o Distrito de Nova Friburgo
(RJ), São Pedro da Serra, região esta que vem sendo afetada por um rápido processo de transformação espacial, econômica e social, com fortes impactos ambientais (Limaverde
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Filho et al., 2005). As medições foram feitas em um trecho do rio localizado em frente à estrada do cemitério, na saída da vila, conforme ilustrado na Figura 8.
Figura 8: Visão parcial de um trecho do rio São Pedro. Fonte: Sousa, 2009.
A obtenção dos dados para a estimativa do coeficiente de dispersão e velocidade média no trecho de interesse, ilustrado na Figura 8, ocorreu no dia 26 de janeiro de 2009 quando, às 10:50:28 h, 2.000 mg de cloreto de sódio (NaCl), diluídos em um balde com aproximadamente 15 l de água, foram injetados instantaneamente em um ponto da seção de lançamento, sobre a linha de corrente central do escoamento. Posteriormente, foram colhidas 60 amostras de 200 ml da água misturada ao sal, a cada 15 s, em duas seções à jusante do local da injeção, na linha de corrente central do escoamento, seguindo para análise em laboratório.
O início da coleta das amostras da primeira seção foi programado para se dar ao mesmo momento da injeção da solução na seção de amostragem e, posteriormente, após 90 s, começaram as coletas na segunda seção, como está descrito em Sousa (2009). No total, contou-se com a partipação de 5 pessoas para as operações de campo.
A seguir, um resumo em forma de lista das características da seção de lançamento do traçador, que serviram para o planejamento da injeção e para o estabelecimento do cronograma das amostragens. Dados retirados de Sousa (2009).
• Dados do ponto de lançamento do traçador: Vazão Q = U A : 0, 430 m3/s;
Área A : 1, 050 m2; Largura B : 2, 400 m;
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Velocidade U : 0, 410 m/s; Declividade S : 0, 030 m/m;
Concentração inicial do rio C0 : 15, 500 mg/l.
Também foram coletadas amostras no ponto de amostragem para referência de fundo ("branco") do condutivímetro, antes de se iniciar as injeções do traçador, obtendo um valor médio da concentração existente de 15,500 mg/l. Todas as amostras, após o teste, foram mantidas à temperatura in natura até o momento da leitura, acondicionadas em seus respectivos frascos, feito no condutivímetro. Na Figura 9 é apresentado o perfil das amostras da água, na forma da concentração salina ao longo do tempo, na seção de amostragem a 100 m do ponto de injeção.
Figura 9: Gráfico "concentração versus tempo" para a seção de amostragem a 100 m do ponto de injeção.
Fonte: O Autor, 2019.
A seção de amostragem para ser utilizada no trabalho foi escolhida além da zona advectiva, condição necessária para se poder aplicar o modelo unidimensional. Foram utilizados os dados do ponto de lançamento do traçador, para o cálculo do comprimento da zona advectiva, obtendo-se uma distância aproximada de 8 m para a mistura completa na seção transversal. Sendo assim, através da análise das últimas amostras coletadas simulâneamente nas três linhas de corrente verificando a homogeneização na seção trans- versal, constatou-se que os dados coletados na seção a 100 m do ponto de injeção seriam os
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mais apropriados para aplicação do método de determinação do coeficiente de dispersão longitudinal (Sousa, 2009).